Derrière une large baie vitrée, une cuve octogonale d’un mètre vingt de hauteur trône dans son berceau en inox. « C’est l’un de nos bébés », lâche Hugues Foucault, le responsable des projets de captage de CO2 à la direction R&D de TotalEnergies. Blouse blanche sur le dos et masque chirurgical sur le nez, il traverse une passerelle jaune citron, pénètre dans un premier sas, puis rejoint la salle où sommeille l’unité de démonstration. « Voici le pilote de la technologie de captage de CO2 par adsorption chimique de la start-up canadienne Svante ! », s’enchante Hugues Foucault.
Signe des temps, c’est aux abords de l’ancien champ d’exploration et de production de gaz naturel de Lacq (Pyrénées-Atlantiques) que les scientifiques de TotalEnergies s’affairent à étudier les procédés censés retirer le CO2 des fumées de combustion. D’une capacité de captage de 100 kilogrammes par jour, le démonstrateur à adsorption permet à la major pétrolière d’examiner, en interne, les performances de la technologie de Svante. TotalEnergies la juge tellement prometteuse qu’il mène également une étude avec LafargeHolcim pour évaluer la viabilité d’une installation de captage du CO2 de plus de 700 000 tonnes par an sur la cimenterie Holcim Portland (États-Unis). « Svante est l’entreprise la plus avancée dans le domaine de l’adsorption, affirme Philip Llewellyn, le responsable du programme captage, stockage et valorisation du CO2 (CCUS) à la direction R&D de TotalEnergies. Leur procédé rotatif et leur contacteur en feuillets n’ont pas d’équivalents. »
Trois étapes en une seule colonne
De longs tubes d’une vingtaine de centimètres de diamètre – visibles à travers une lucarne grillagée – sont maintenus à la verticale dans la cuve métallique et forment un « lit d’adsorbant ». En dessous de la grille, une flèche jaune pointe vers la gauche. « Ce lit est comme un camembert divisé en trois zones, qui tourne sur lui-même », précise Philip Llewellyn, en faisant danser sa main dans un mouvement circulaire.
Grâce à ce système rotatif, le procédé de Svante a le gros avantage de réaliser les trois étapes de captage du CO2 – lavage, régénération, séchage – dans une seule et même colonne. Pour chaque phase, les fumées de cheminées passent par un ou plusieurs tubes. « Chaque canal est composé du sorbant solide sous forme de filtre laminé, que l’on appelle le contacteur », indique le responsable de TotalEnergies.
Des centaines de fines lamelles sont ainsi étroitement disposées les unes à côté des autres à l’intérieur du tube. De cette manière, les molécules de CO2 contenues dans le gaz à traiter se fixent, dans un premier temps, dans les pores du sorbant solide, tandis que les molécules d’azote continuent leur chemin. Le camembert effectue ensuite une première rotation, laissant ainsi la zone du lit d’adsorbant considérée entrer en contact avec la vapeur d’eau (entre 110 et 115 °C). Les molécules de CO2 sont récupérées sous forme gazeuse et le filtre laminé est régénéré. Enfin, une dernière rotation élimine les éventuelles traces d’eau avant de commencer un nouveau cycle. « Le cylindre bouge au rythme d’un tour par minute, c’est très rapide », insiste Philip Llewellyn.
Un avantage financier à démontrer
Par rapport aux autres techniques reposant sur la postcombustion – qui nécessitent une unité différente à chaque étape du procédé –, une usine de captage de CO2 dotée de la technologie de Svante est censée être plus compacte. Elle doit donc permettre de réduire les dépenses d’investissement (Capex). « Mais ce gain reste à démontrer ! Pour l’instant, cette plus grande compacité par rapport aux technologies conventionnelles par solvant est théorique », nuance Hugues Foucault.
Intubé et ventilé de toutes parts, le gobeur de CO2 version laboratoire étire tout de même ses auxiliaires sur une vingtaine de mètres carrés au sol. « Le cœur de la technologie, à savoir cette colonne, prend très peu de place. Mais le reste des composants qui servent à envoyer le gaz, à refroidir… sont imposants », détaille le chercheur.
Des sorbants sans amines
Quant aux dépenses d’exploitation (Opex), elles devraient être similaires à celles de la technologie conventionnelle à absorption chimique aux amines. En cause : la consommation d’énergie nécessaire pour la phase de régénération – comparable à celle requise dans un procédé aminé – et la trop faible durée de vie des filtres laminés. « D’un côté, nous travaillons à optimiser la quantité d’énergie requise pour régénérer notre filtre. De l’autre, nous cherchons à faire grimper la durée de vie de ce dernier de trois à presque cinq ans », précise de son côté Claude Letourneau, le PDG de Svante.
Si son bénéfice économique reste incertain, l’adsorption possède un atout de taille : le matériau utilisé pour capter les molécules de CO2. La troisième génération des sorbants solides de Svante sera en effet composée de matériaux hybrides organiques-oxydes métalliques (MOF, pour metal-organic frameworks). Finies, les amines ! Ces composés dérivés de l’ammoniac – massivement consommés dans la technologie à absorption classique – causent de gros dégâts en matière de pollution des eaux et des sols. Philip Llewellyn agite une petite plaque grisâtre, ornée de reliefs servant à laisser passer les molécules de CO2. « Les sorbants – en gris clair – sont collés sur la fibre de carbone. À noter toutefois que ceux de deuxième génération utilisés dans notre démonstrateur sont à base de silice… aminée. »
Microalgues, membranes et oxycombustion
Dans un autre bâtiment du Perl, un liquide vert kaki – la couleur des microalgues – pétille dans une grosse cuve de 70 litres. Car l’adsorption de Svante n’est pas la seule technologie évaluée par TotalEnergies, loin de là ! Les équipes de R&D se penchent aussi sur le captage de CO2 par des microalgues en système fermé, ainsi que sur les systèmes membranaires, et travaillent à améliorer le procédé aux amines. Au-delà de la postcombustion, le groupe pétrolier est très présent dans le domaine de l’oxycombustion. « TotalEnergies captera 5 millions de tonnes de CO2 par an d’ici à 2030 et étudiera au cas par cas les technologies pertinentes », précise Philip Llewellyn.
Concentration des fumées, taux de pureté visé en sortie, présence d’électricité bas carbone sur le site… « L’optimum économique et énergétique de chaque technologie est toujours à réévaluer en fonction du contexte », insiste Claire Weiss, la responsable du département gaz bas carbone de TotalEnergies. « Côté R&D, nous étudions l’ensemble des technologies disponibles. L’objectif est de pouvoir déployer rapidement des procédés existants, mais aussi d’anticiper ceux qui marqueront les ruptures technologiques de demain », conclut Philip Llewellyn.
L’oxycombustion en boucle chimique passe à l’échelon supérieur
Parmi les plus gros projets de captage de CO2 menés par TotalEnergies figure la construction d’une unité de démonstration de 10 kW sur le site de l’usine de chaudières Dongfang Boiler Group, à Deyang (Chine). Élaborée sur l’oxycombustion en boucle chimique (CLC) de l’IFP Énergies nouvelles (Ifpen), cette technique innove dans la production d’oxygène nécessaire au procédé. Le processus ne repose pas sur la cryogénie – technologie la plus mature –, mais sur l’oxydation et la réduction d’un métal. À l’intérieur d’un premier réacteur, des oxydes métalliques sous forme de poudre sont mis au contact de l’air, à très haute température (1 000 °C). « Les particules vont se charger en oxygène – c’est-à-dire s’oxyder – en quelques secondes seulement », explique Stéphane Bertholin, ingénieur de recherche et chef du projet à l’Ifpen. S’ensuit une étape de séparation gaz-solide, « qui permet de récupérer uniquement les particules chargées en oxygène et non l’azote gazeux. » Dans le second réacteur, dépourvu de dioxygène (O2), les oxydes métalliques vont se réduire en libérant leurs atomes d’oxygène. « Celui-ci servira alors à brûler l’hydrocarbure en oxycombustion », poursuit l’ingénieur. Enfin, les particules métalliques sont renvoyées dans le réacteur à air, afin de démarrer un nouveau cycle.
La viabilité de la stratégie climatique de la major en question
Dans son plan climatique, TotalEnergies envisage de capter une dizaine de millions de tonnes d’équivalent CO2 (Mt CO2 éq) chaque année d’ici à 2030 – pour un total de 42 Mt CO2 éq émises en 2018, d’après les chiffres du groupe –, par le biais du déploiement des technologies de captage ou par la plantation d’arbres. Un dixième du budget de R & D de TotalEnergies est consacré au captage, stockage et à la valorisation du CO2 (CCUS). Dans un rapport, l’ONG Reclaim Finance juge ces ambitions « non viables », dans la mesure où cela impliquerait de faire pousser une forêt de plus de 4 millions d’ares et d’installer 18 usines capables de capter et stocker 1,5 million de tonnes de CO2 par an.
