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Innovation et changement climatique : l'apport de l'évaluation scientifique et technologique

9 novembre 2015 : Innovation et changement climatique : l'apport de l'évaluation scientifique et technologique ( rapport de l'opecst )

PEUT-ON STOCKER LE CARBONE EN CONVERTISSANT LE CO2 ?

Mme Christine Mansilla, CEA, I-tésé. Je suis ravie d'être présente à cette conférence pour vous parler de la valorisation du CO2 et de ses implications.

Il s'agit de capturer le CO2 de sources diffuses afin de l'utiliser, avec ou sans transformation. Cette valorisation est l'un des leviers permettant de limiter les émissions de gaz carbonique.

Le potentiel est a priori considérable puisque la valorisation du CO2 ne porte aujourd'hui que sur 0,5 % des émissions.

Il existe différentes façons de procéder à cette valorisation, avec des potentiels variables selon la consommation et la durée de séquestration du CO2. La consommation varie, en effet, au niveau mondial, de plusieurs dizaines de millions de tonnes à quelques milliards de tonnes par an, ce qui correspond à plusieurs points de pourcentage des émissions mondiales. De même, en termes de séquestration du CO2, il existe des variations, selon la voie choisie en termes de réémission, à la combustion des produits énergétiques et au processus de minéralisation à l'autre bout du spectre.

Il est important d'évaluer l'empreinte carbone. Les questions soulevées sont notamment celle de la consommation d'énergie : certaines voies nécessitent, en effet, beaucoup d'électricité bas carbone. Tout dépend également du produit final impliqué dans la substitution.

Parmi les solutions les plus prometteuses, figurent notamment les processus thermochimiques, évoqués précédemment avec l'exemple du procédé Sandia et du programme « Sunshine to petrol ».

Il existe également des perspectives prometteuses par le biais de l'hydrogénation du CO2, dans la mesure où l'on a identifié le procédé technique à mettre en oeuvre. Il reste toutefois à consolider l'aspect chimique, les volets politiques et réglementaires, ainsi que la question du prix du CO2.

LA CONVERSION DU CO2 PAR LA VOIE CHIMIQUE : ÉTAT D'AVANCEMENT.

M. Jean-Yves Le Déaut. Je souhaiterais, avant de laisser la parole à M. Vincent César, présenter brièvement une action lancée par le Parlement français, sous l'impulsion du professeur Dominique Meyer, de l'Académie des sciences : il s'agissait de mettre en place des trinômes réunissant un parlementaire, un scientifique de renom et un jeune chercheur.

Cette expérience, qui existe depuis plusieurs années maintenant, est un réel succès. Je tiens ici à remercier l'Académie des sciences d'avoir imaginé ce dispositif.

Il nous a semblé intéressant, à l'occasion de cette conférence, d'entendre l'un de ces jeunes chercheurs qui a travaillé avec le Parlement : Vincent César. Il fait justement partie de l'un des trinômes et va nous parler de la conversion du CO2 par voie chimique.

M. Vincent César, chercheur au CNRS. Je tiens tout d'abord à remercier l'OPECST de m'avoir invité à m'exprimer aujourd'hui devant vous.

Ma collègue a fort bien résumé les aspects économiques et les enjeux politico-économiques de la conversion du CO2. Mon intervention concernera un volet plus technique.

Je souhaiterais commencer cette présentation en vous citant quelques chiffres mettant en lumière l'importance de la conversion du CO2. Actuellement, les émissions de CO2 dans l'atmosphère s'élèvent à environ 30 Gt par an et sont en constante évolution. Par ailleurs, les ressources fossiles, très utilisées en tant que carburant et actuellement à la base de la production de 95 % des biens chimiques, sont amenées à se raréfier.

Dans ce contexte, la transformation du CO2 prend tout son sens, car cette molécule, stable, non toxique, peu coûteuse - cet aspect restant à discuter - et très abondante, permettrait de remplacer in fine les hydrocarbures en synthèse chimique.

À l'heure actuelle, il n'existe toutefois que très peu de procédés industriels utilisant le CO2. Je ne citerai que le plus important, qui représente à lui seul plus de 98 % de l'utilisation actuelle industrielle du CO: il s'agit de la synthèse de l'urée par le procédé Bosch-Meiser à partir de CO2 et d'ammoniac ; l'urée étant utilisée à 95 % dans le domaine des engrais. 0,5 % des émissions de CO2 sont employés par ces méthodes industrielles. Il est à noter, par ailleurs, que le CO2 est ici simplement fonctionnalisé, sans réduction formelle de son atome de carbone.

Cela m'amène au point crucial de la conversion du CO2. Dans le cycle du carbone, la molécule de CO2 est l'état ultime de l'élément carbone, le produit final des combustions et oxydations des matières organiques. On parle alors d'état le plus oxydé du carbone. Le recyclage chimique du CO2 en matière organique passe alors nécessairement par un processus de réduction et doit faire face à deux défis énergétiques majeurs.

Tout d'abord, la molécule de CO2, très stable, impose un apport d'énergie pour sa transformation.

Ensuite, sa transformation passe généralement par des intermédiaires hauts en énergie, très difficilement accessibles. L'utilisation de catalyseurs est ainsi requise pour obtenir des chemins réactionnels nécessitant moins d'énergie. Ce point peut, pour les non chimistes, être expliqué par une analogie avec les cartes topographiques : pour aller d'un point A à un point B, il est plus facile d'emprunter quelques cols de 200 mètres qu'un col de 5 000 mètres. Il en va de même pour les chemins réactionnels, les catalyseurs permettant d'abaisser les intermédiaires réactionnels.

La nature effectue très bien tout cela lors de la photosynthèse, qui permet la transformation, à l'aide de l'énergie solaire, du CO2 et de l'eau en matière organique telle que les sucres par exemple.

Tout le défi, pour les chimistes, est de trouver les conditions et systèmes catalytiques permettant de réaliser ces réactions dans des conditions douces de température et de pression afin de rendre le procédé économiquement viable.

Ces dernières années ont connu des avancées majeures dans la réduction du CO2 et la compréhension des mécanismes en jeu.

La recherche s'est jusqu'à présent largement focalisée sur les produits de réduction directe du dioxyde de carbone, à savoir l'acide formique, le monoxyde de carbone, le formaldéhyde, le méthanol et le méthane. Tous ces composés sont des produits de départ très importants dans l'industrie chimique et/ou les carburants alternatifs. L'efficacité du système mis au point est appréciée en considérant les conditions de température et de pression, la sélectivité en produit désiré, l'impact environnemental et l'intérêt économique du procédé. Il est notamment très important de considérer la source primaire d'énergie utilisée. En cela, les réactions d'hydrogénation occupent une place à part puisque le dihydrogène peut maintenant être obtenu de manière durable par électrolyse de l'eau et que sa réaction avec le CO2 redonne justement de l'eau.

Un procédé économiquement viable a vu le jour en Islande. Il est développé par la société « Carbon Recycling International », fondée par Georges Olah, prix Nobel de chimie en 1994. Ce procédé utilise l'énergie géothermique, très disponible en Islande, comme source primaire d'énergie pour transformer le CO2.

D'autres systèmes catalytiques d'hydrogénation, très efficaces pour la production sélective d'acide formique, de méthanol et de méthane, ont par ailleurs été développés, mais ne sont pas encore industrialisés.

L'électrocatalyse arrive également à maturité, pour générer, par exemple, du monoxyde de carbone. Dans ce cas, l'énergie de base est l'énergie électrique.

Enfin, bien que restant au niveau académique, la photocatalyse, qui permet la réduction directe du CO2 à l'aide de l'irradiation lumineuse, est très prometteuse mais, a priori, pour des applications à plus long terme.

Pour conclure, il apparaît que le domaine de la conversion chimique du CO2 connaît un essor considérable depuis la dernière décennie. Nous voyons ainsi surgir de nouvelles avancées très intéressantes, grâce à un intense effort de recherche, tant au niveau académique qu'industriel.

Il reste cependant encore de nombreux verrous scientifiques à lever. Le champ des produits directement accessibles à partir du CO2 reste par exemple très étroit par rapport à l'état de l'art de la pétrochimie et il est encore très difficile de coupler correctement et sélectivement plusieurs molécules de CO2 ensemble par des liaisons carbone carbone.

M. Mikko Alatalo, membre du Parlement finlandais, membre du Comité pour le futur. L'important me semble être avant tout l'innovation dans le secteur des transports. En Finlande, nous utilisons des biocarburants fabriqués à partir de déchets, de graisses, de biomasse solide. Je pense qu'il faut continuer à creuser cette idée de convertir les déchets humains et animaux en biocarburants si l'on veut vraiment réduire les émissions de gaz à effet de serre.

M. Jean-Yves Le Déaut. J'aimerais vous remercier toutes et tous. Nous étions ici ce matin plus de deux cents personnes, en provenance de trente pays du monde.

Je remercie le sénateur Bruno Sido, premier vice-président, qui était mon prédécesseur à la présidence, ainsi que l'ensemble du Conseil scientifique de l'Office et plus particulièrement l'une de ses membres, Mme Claudie Haigneré, ancienne spationaute, ancienne ministre de la recherche française, très assidue dans nos travaux.

30E ANNIVERSAIRE DU PREMIER RAPPORT DE L'OPECST :
LES PLUIES ACIDES, TRENTE ANS APRÈS

M. Jean-Yves Le Déaut, député, président de l'OPECST, président de l'EPTA pour 2015. Cette année marque, comme cela a été souligné à plusieurs reprises aujourd'hui, les trente ans du premier rapport de l'OPECST, et aussi le 25ème anniversaire de la création de l'EPTA.

Plusieurs anciens présidents de l'OPECST nous font le plaisir et l'amitié d'être présents aujourd'hui : MM. Claude Birraux, Henri Revol et Philippe Bassinet. Certains sont malheureusement décédés, d'autres dans l'impossibilité de se joindre à nous, comme MM. Jean-Marie Rausch ou Jacques Valade.

La création juridique de l'OPECST date d'une loi du 8 juillet 1983 et son premier rapport, dont nous célébrons le trentième anniversaire, a été déposé précisément le 3 décembre 1985. Ce document portait sur la question des pluies acides, phénomène d'environnement à l'époque très médiatisé. D'emblée, l'OPECST avait témoigné de son souci de travailler de manière précise et objective, en choisissant pour ce rapport un titre quasi scientifique, faisant mention des « formes de pollution atmosphérique à longue distance, dites pluies acides ». La rédaction de ce rapport avait été confiée à un député des Hauts-de-Seine, Georges Le Baill, ingénieur de formation. Nous aurions été heureux qu'il puisse participer avec nous à cette célébration, mais il est malheureusement décédé voici neuf ans. Nous avons donc une pensée pour lui.

L'intérêt d'évoquer ce rapport est double. Il s'agit tout d'abord d'une manière de rappeler que la lutte contre l'intensification de l'effet de serre n'est pas le premier cas dans l'histoire d'une mobilisation internationale pour éliminer une source de pollution atmosphérique. C'est aussi une façon de célébrer l'évaluation scientifique et technologique, car les conclusions de ce rapport étaient, je le crois, étonnamment pertinentes. Permettez-moi de vous faire brièvement lecture de leur résumé : « Concernant le problème particulier du dépérissement de certaines forêts, attribué hâtivement aux seules pluies acides, le rapporteur souligne que de nombreuses incertitudes scientifiques entourent ce phénomène, qui pourrait avoir bien d'autres explications. Il conclut qu'il faudrait développer les recherches dans ce domaine et, sans attendre leurs résultats, prendre des mesures énergiques pour réduire le plus rapidement possible les émissions de polluants ».

Dans le prolongement de ce travail et pour lui faire écho, nous avons demandé à un premier intervenant, M. Christer Ågren, qui représente l'ONG suédoise AirClim, spécialisée dans le suivi des questions de pollution atmosphérique, de bien vouloir nous présenter ce qu'il est advenu à l'échelle internationale depuis trente ans, pour que l'on en arrive aujourd'hui à ce que ce problème des pluies acides soit quasiment oublié.

M. Christer Ågren, directeur du Secrétariat de la pollution de l'air et du climat, AirClim (ONG suédoise). Je vais tenter de vous présenter en quelques minutes le résumé de trente ans d'histoire des pluies acides.

L'évolution des émissions de polluants acidifiants de l'air se caractérise, notamment pour le dioxyde de soufre et le NOx, par un pic dans les années 1980.

Pourquoi constate-t-on ensuite une chute de ces émissions ? Cela est dû à la combinaison de différents facteurs : on pense notamment aux débats qui ont eu lieu sur le sujet et à la protection de l'environnement qui en a découlé alors, principalement dans les pays d'Europe du Nord. Cette baisse s'explique aussi par le changement des bouquets énergétiques au cours des années 1980 - 1990, à la suite de la crise pétrolière.

Pour ce qui est des pays de l'Union européenne, les dernières données datent de 2013. Comparées aux chiffres du pic de 1980, elles montrent, là aussi, une chute très importante des émissions, de l'ordre de 90 % pour le dioxyde de soufre, d'au moins 50 % pour le NOx et le VOC et de 27 % environ pour l'ammoniac.

Quel a été l'impact de cette évolution sur la nature ? Il semble évident que moins il y a d'émissions, plus la concentration et les dépôts diminuent. Cette question était d'ailleurs au coeur des débats brûlants des années 1980 - 1990. L'impact a été considérable et positif en termes de baisse de l'eutrophisation et de l'acidification. Des études ont été menées et des graphiques établis, qui montrent l'évolution de l'acidification et de l'eutrophisation en Europe depuis les années 1980 jusqu'à des projections pour 2020. On constate ainsi une disparition progressive et quasiment complète des excès d'acide. L'évolution en termes de baisse de l'eutrophisation est également importante, bien que moins spectaculaire.

Intéressons-nous plus particulièrement à présent au cas de la Suède. La Suède et la Norvège ont été les deux premiers pays à lancer le débat sur l'acidification, suite à des données collectées dès les années 1970. Les graphiques représentant l'évolution des dépôts de soufre mettent là aussi en évidence une baisse considérable, après un pic dans les années 1980. Cela est particulièrement sensible dans les régions les plus proches du continent, qui sont aussi les plus polluées. Il faut savoir que 90 % de la pollution de l'air suédois provient de l'étranger et du transport maritime. Les excédents de dépôt de polluants observés dans certaines zones ont chuté petit à petit.

Cela a néanmoins un impact sur l'environnement, puisqu'il faut beaucoup de temps pour que les écosystèmes se remettent de ces pics. Il est important de garder cela bien présent à l'esprit : il faut longtemps à la nature pour se régénérer, se réparer. Parfois, les dommages causés sont irréversibles.

Dans les zones où étaient observés des excès de dépôts, on constate une chute de ces dépôts d'environ 60 % si l'on compare les données les plus récentes, de 2010, aux chiffres les plus alarmants de 1980. En revanche, le nombre de lacs acidifiés n'a pas autant diminué, même s'il a été divisé par deux. On en comptait, en effet, environ 20 000 dans les années 1980, contre quelque 10 000 actuellement. Nombre d'entre eux font encore l'objet d'interventions : on y installe des lignes pour neutraliser le phénomène et réparer les dommages causés voici une trentaine d'années, ce qui coûte plusieurs dizaines de milliers d'euros.

Cela m'inspire la maxime suivante : il est plus facile et rapide de polluer que de réparer ses erreurs. Cela est d'autant plus vrai que, comme je vous l'indiquais précédemment, certains des dommages sont irréversibles.

Quel avenir pour tout cela ? Il y a trente ou quarante ans, l'accent avait été mis sur la préservation de l'environnement et de la nature. Depuis une vingtaine d'années, notre position en matière de protection de l'atmosphère a changé. Nous insistons davantage sur la santé publique et sommes plus inquiets pour nous-mêmes que pour l'environnement et la nature qui nous entourent.

La législation européenne la plus importante dans ce domaine est la directive de 2001. À la fin de 2013, la Commission a proposé de mettre à jour cette directive, avec un objectif qui, de notre point de vue, n'est guère ambitieux. Le coût estimé de cette nouvelle directive pour les vingt-huit États membres s'élèverait à 2,2 milliards d'euros. De prime abord, cette somme semble importante, mais revient en fait à 4 euros par citoyen européen, soit le prix d'une ou deux tasses de café. Cela fait l'objet de nombreux débats, au Parlement et ailleurs. Certains pays membres osent dire que ces directives sont trop ambitieuses : il faut pourtant savoir que des millions de gens souffrent voire meurent à cause de la pollution de l'air et des problèmes d'acidification des lacs et des océans.

Il est important, à mon sens, de souligner le lien entre les politiques énergétiques et la pollution de l'air. Dépolluer l'air est évidemment un moyen de lutter contre le changement climatique. Il faut remplacer les anciennes mesures politiques, qui n'ont pas fait leurs preuves, et se tourner davantage vers les énergies renouvelables. L'équation est simple : moins on rejette de polluants, moins l'atmosphère est polluée.

Certains secteurs sont des sources de pollution plus importantes que d'autres. On pense notamment au chauffage domestique, aux voitures diesel, à l'agriculture et au transport maritime. Il faut savoir que les émissions de NOx sont en train de baisser alors que les émissions d'ammoniac restent stables.

Je terminerai en vous remerciant et en vous invitant à consulter le site internet de AirClim.

TROISIÈME TABLE RONDE :
L'INNOVATION DANS LE DOMAINE DES TRANSPORTS
ET DE LA MOBILITÉ DURABLE.

Présidence de M. Jean-Paul Chanteguet, député, président de la Commission du développement durable et de l'aménagement du territoire de l'Assemblée nationale.

M. Jean-Paul Chanteguet. Mesdames, Messieurs, je souhaiterais tout d'abord vous dire le plaisir qui est le mien à me trouver à vos côtés pour présider cette table ronde en tant que président de la Commission du développement durable et de l'aménagement du territoire de l'Assemblée nationale.

Le secteur des transports sera sans doute celui dans lequel le rôle des innovations dans la lutte contre les effets du changement climatique sera le plus visible car les évolutions technologiques y sont extrêmement importantes et très rapides. On songe, par exemple, à la voiture qui ne consommera bientôt que 2 litres de carburant aux 100 kilomètres, à la voiture électrique, à celle qui se gare seule ou, si l'on se projette davantage dans l'avenir, à la voiture sans conducteur.

Certaines de ces évolutions s'effectueront progressivement, comme dans le cas des voitures hybrides, qui fonctionnent soit à l'essence, soit à l'électricité, et qui permettent d'émettre moins de CO2 tout en assurant une autonomie supérieure à celle découlant des batteries actuelles, encore insuffisamment efficaces. D'autres seront sans doute inattendues, tant les options technologiques parvenues à une quasi-maturité apparaissent nombreuses. Que l'on raisonne en termes de motorisation ou de carburant, il est bien difficile de prévoir si les véhicules de demain seront surtout propulsés par l'hydrogène, l'air comprimé, l'électricité, le gaz, le pétrole ou par des combinaisons hybrides de diverses sources d'énergie.

Toutefois, il est certain que la lutte contre la pollution due aux transports devra prendre une nouvelle dimension. La lutte contre les particules fines sera sans doute aussi importante que celle contre les émissions de CO2. Leur impact sur la santé étant maintenant largement démontré, il va, en effet, falloir en tirer les conséquences, notamment pour les moteurs diesel. Ceux-ci ont déjà commencé à s'adapter mais cette évolution doit être poursuivie à un rythme accéléré. Les normes sont déjà devenues plus strictes, mais l'actualité des derniers jours montre combien il va être nécessaire de veiller à leur stricte application.

Une attention particulière va devoir être portée aux aspects sociaux et sociétaux de la mobilité. L'impact des transports sur la pollution ne dépend pas, en effet, seulement des évolutions des motorisations ou des carburants. Une grande partie des innovations nécessaires va concerner la manière dont la mobilité va évoluer dans les prochaines années. Des évolutions fondamentales sont en cours dans ce domaine : que l'on songe à l'autopartage, au covoiturage, à la désaffection d'une partie des jeunes pour la possession d'une automobile, à l'attrait grandissant des formules de location ou au rôle que devrait jouer l'intermodalité.

Tous ces points seront évoqués au cours de cette table ronde. Nous allons pour ce faire donner la parole à des personnalités très différentes, à commencer par M. Denis Baupin, vice-président de l'Assemblée nationale, auteur d'un récent rapport de l'OPECST sur les mobilités, dont les recommandations ont été largement débattues au cours de l'examen de la loi sur la transition énergétique. Nous entendrons aussi des industriels, des sociologues, des urbanistes, des représentants des constructeurs et des producteurs de carburants, ainsi que des parlementaires de plusieurs pays européens.

Nous nous projetterons également dans l'avenir, en donnant la parole à M. Georges Amar, qui nous parlera de sa vision de la mobilité, particulièrement stimulante pour l'esprit. Nous terminerons cette table ronde en accueillant le représentant autrichien de l'EPTA, la fédération européenne des organismes d'évaluation scientifiques et technologiques, qui traitera des aspects socio-économiques de la mobilité durable.

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