LES DÉFIS DU CEA - 75 AVANCÉES QUI CHANGENT NOS VIES

Convertir le CO2 en matière première utile

Pour lutter contre le réchauffement climatique, il faut drastiquement limiter nos émissions de CO2 dans l’atmosphère. Depuis une dizaine d’années, des recherches portent également sur la conversion de ce gaz en une source de carbone utile. Une approche d’économie circulaire que nous explique Thibaut Cantat, chercheur au CEA-Iramis. Cette interview est extraite du numéro spécial des Défis du CEA, 75 avancées qui changent nos vies.

Publié le 29 janvier 2021

Tout d’abord, qu’est-ce que le cycle du carbone ?

Il y a 4 milliards d’années, les premiers organismes photosynthétiques se sont développés, diminuant et régulant la quantité de CO₂ dans l’atmosphère pour le transformer en molécules organiques. La sédimentation de ces organismes dans les couches géologiques a accumulé d’énormes quantités de carbone sous des formes fossiles (charbon, pétrole, gaz) dont nous exploitons la grande densité énergétique. Mais aujourd’hui, le cycle du carbone est déréglé par les activités humaines. Imaginez que nous avons consommé ce qui a été produit sur des millions d’années en à peine 200 ans, tout en émettant des milliards de tonnes de carbone dans l’atmosphère !

Quelle est la problématique actuelle ?

D'après les scénarios du Giec, la diminution du recours aux énergies fossiles ne suffira pas. En complément, il faudra fort probablement capter le CO₂ qui s'accumule dans l'atmosphère et précipite le réchauffement climatique. Les technologies de captage de nombreux industriels sont matures, avec des projets de stockage durable dans des couches géologiques, mais elles sont énergivores et poursuivent la promotion d'une économie linéaire. C'est pourquoi la communauté scientifique, particulièrement le CEA, mise sur des technologies utilisant le CO₂ comme matière première et des énergies bas-carbone pour fabriquer des molécules d'intérêt chimique ou énergétique, de façon durable et circulaire.

En quoi consiste le recyclage du CO2 ?

La valorisation du CO₂ nécessite de mettre au point des transformations chimiques ou biologiques capables d’utiliser l’atome de carbone (C) du CO₂ pour créer des liaisons C-H (hydrogène) et C-C fortement énergétiques. Cela est possible en convertissant une énergie bas-carbone (par exemple issue du solaire, du nucléaire ou de l’éolien) en énergie chimique. Cette utilisation du CO₂ permet ainsi de fabriquer des combustibles, carburants, produits chimiques, plastiques, etc.

Le cycle du carbone, aujourd'hui. Les flèches noires montrent l'impact des activités humaines. © A.Boudault / CEA

Pour accéder à toutes les fonctionnalités de ce site, vous devez activer JavaScript. Voici les instructions pour activer JavaScript dans votre navigateur Web.

Cette approche est-elle récente ?

Cette chimie a très peu été développée par le passé. Quand je suis arrivé au CEA en 2009, l’institut Iramis m’a permis de monter une équipe pour l’étudier. En 2012, nous sommes parvenus à développer une réaction chimique simple, non énergivore, permettant de produire, à partir de CO₂, des composés formamides, famille de molécules carbonées massivement utilisée dans l’industrie pour fabriquer des colles, solvants et médicaments. Depuis, grâce à plusieurs ERC (European Research Council), nous poursuivons nos recherches pour valoriser également les déchets plastiques ou le monoxyde de carbone des fumées industrielles. Aujourd’hui, ces travaux s’inscrivent dans le cadre plus général de l’économie circulaire du carbone.

Le cycle du carbone, demain. La fermeture du cycle du carbone permet de valoriser ce dernier dans différents produits, grâce notamment à l'énergie solaire et aux micro-algues, par l’intermédiaire de l'hydrogène. © A.Boudault / CEA

Quelles sont les compétences du CEA ?

L'économie circulaire du carbone repose sur la conversion d'énergies bas carbone. Cette approche est au cœur des missions du CEA, dont les équipes de recherches appliquées et fondamentales ont de solides compétences sur la maîtrise des procédés (biologiques, électrochimiques, thermochimiques, photo-électrocatalytiques…) et des matériaux.

Il peut ainsi s'investir dans de grands projets collaboratifs, comme par exemple le démonstrateur de power-to-gasJupiter 1000, l'un des plus avancés d'Europe. Il vise à capter le CO₂ produit sur le site industriel de Fos-sur-Mer pour le recombiner à de l'hydrogène « vert » pour obtenir du méthane (constituant principal du gaz naturel). Les premiers résultats, attendus en 2021, permettront d'évaluer la viabilité économique de cette chaîne technologique. Et convertir ainsi le CO₂ en source de carbone utile !