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Captage CO₂ : définition, fonctionnement et exemples
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“ La capture du carbone vise à empêcher le CO₂ issu des activités anthropiques de rejoindre l’atmosphère, afin de limiter le réchauffement climatique — une solution jugée utile par le Haut Conseil pour le Climat pour traiter les émissions résiduelles des secteurs fortement émetteurs, à condition qu’elle ne consomme pas plus d’énergie qu’elle n’en fait économiser. ”
Tout d’abord, le CO₂, c'est quoi ?
Petit rappel de la composition de l'air…
L’air est le fluide gazeux que l’Homme respire. L’air est dit gazeux car il est composé de gaz invisibles, comme l’oxygène et le dioxyde de carbone (CO₂). Même si on ne le voit pas, on peut le sentir (quand il bouge, comme le vent) et surtout, on en a besoin pour respirer.
La composition de l’air repose essentiellement sur deux éléments, dont les pourcentages respectifs sont les suivants :
💨
L’azote (N)
à 78 %
💨
L’oxygène (O)
à 21 %
Sa composition restante comprend divers gaz tels que le dioxyde de carbone (CO₂), l'argon et la vapeur d'eau, bien que ceux-ci soient présents en quantités très faibles.
“ En ce qui concerne le dioxyde de carbone (CO₂), sa concentration dans l'atmosphère est de 0,03 % (source : DREAL, 2020). Bien que ce faible montant puisse paraître insignifiant, il s'agit bel et bien de dioxyde de carbone (CO₂), qui contribue en partie au réchauffement climatique. ”
Le CO₂, c’est quoi ?
“ Le dioxyde de carbone, également appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, de formule moléculaire CO₂, est un gaz incolore, inerte et non toxique. Il se compose de deux atomes d’oxygène et d’un atome de carbone (source : Actu-Environnement, 2019). ”
Le CO₂ est un gaz présent naturellement dans l’air. Il circule tout le temps entre l’air, les plantes, les animaux, etc. Le dioxyde de carbone (CO₂) joue un rôle clé dans le fonctionnement du cycle du carbone (ensemble des échanges d'un élément chimique). En premier lieu, car le CO₂ contribue à l’effet de serre naturel, en retenant une partie de la chaleur dans l’atmosphère, ce qui permet de maintenir une température compatible avec la vie sur Terre (autour de -18C°). En second lieu, car il est absorbé par les plantes lors de la photosynthèse, un processus essentiel à la production d’oxygène et à la croissance végétale.
Dans la nature, le CO₂ est décomposé par la photosynthèse des plantes ou physiquement dissous et stocké par les eaux comme les mers et les océans.
“ Autrement dit, le CO₂ joue un rôle essentiel sur Terre, sa haute concentration dans l’atmosphère, mesurée en partie par million (ppm), est estimé autour de 421 ppm en 2024 (source : Statista, 2024), soit le niveau le plus élevé jamais atteint, en raison de l’influence des activités de l’Homme, notamment de la combustion des énergies fossiles. ”
Quel écosystème naturel est capable d’absorber naturellement le CO₂ ?
Les écosystèmes qui absorbent naturellement du CO₂ sont appelés les puits de carbone.
Ces puits de carbone, de manière gratuite, contribuent donc à la régulation du climat terrestre en capturant une portion du carbone atmosphérique.
La répartition de cette captation se détaille comme suit (source : CNRS, 2021) :
🌊
Les océans
Absorbent 30 % du CO₂, dissous en surface puis capté par le plancton ou stocké en profondeur.
🌳
Les puits terrestres
Les puits terrestres (arbres, tourbières, etc.) absorbent 25 % du CO₂ grâce à la photosynthèse, un processus où elles exploitent la lumière solaire comme source d’énergie pour transformer l’eau et le CO₂ en oxygène et en sucres.
À noter que pour ce dernier puits de carbone, sa faculté d'absorber le CO₂ a été gravement réduite en 2023 – ce qui contribue à l'aggravation du réchauffement climatique (source : Le Monde, 2023).
Pour en savoir plus sur les puits de carbone, consultez notre article sur les réserves de carbone.
Finalement, qu'est-ce qui capte le plus de carbone ?
L'écosystème naturel le plus apte à absorber du CO₂ est donc l'océan, grâce à son ampleur (rappelons que les océans couvrent 70% de la surface terrestre), ce qui facilite la dissolution de ce gaz dans l'eau.
“ L’océan est un objet très vaste – il recouvre 70 % de la planète – et unique – les changements qui ont lieu à un endroit se répercutent partout (source : CNRS, 2021). ”
Toujours selon le CNRS, l'absorption excessive de CO₂ par les océans entraîne deux conséquences significatives : une réduction de la circulation thermohaline et l'acidification des océans (l'acidité croissante de l'océan a un impact sur la chaîne alimentaire).
Comment fonctionne la capture du CO₂ ?
Face à l’augmentation rapide de la température moyenne terrestre et au déclin de la capacité des puits de carbone naturels à absorber le CO₂, l'Homme a progressivement développé ce qu’on appelle les « puits de carbone technologiques ».
Capture du CO₂, définition
“ La capture sur un site industriel vise à extraire le CO₂ issu du processus industriel et à le concentrer (source : Ministères Aménagement du territoire Transition écologique). ”
En d'autres termes, le stockage de carbone – également appelé « Carbon Capture and Storage » ou CCS – consiste à emprisonner le CO₂ à son origine, c'est-à-dire pendant sa production industrielle, avant qu'il ne soit libéré dans l'atmosphère.
“ Le CO₂ est ensuite comprimé puis transporté par canalisation ou par bateau pour être injecté dans des formations géologiques profondes qui présentent des caractéristiques adéquates, notamment en termes de garantie de confinement (source : EDF FR). ”
Les premières applications industrielles du captage, utilisation et stockage du CO₂ (CCUS) remontent aux années 1970 au Texas, avec l'intention de capter le CO₂ produit par les usines de gaz naturel pour le transporter vers les réservoirs d'un champ pétrolier en vue d'une récupération assistée. Le développement à grande échelle s'est ensuite accéléré dans les années 1990, notamment en Norvège avec le projet pionnier de Sleipner en mer du Nord, mis en place à partir de 1996 suite à l'instauration d'une taxe sur le CO₂.
Aujourd’hui, plusieurs installations sont déjà en activité dans le monde, principalement aux États-Unis, avec une capacité annuelle de captage de CO₂ qui reste encore limitée à l’échelle globale. En Europe, le projet Castor représente un enjeu majeur : ce réseau de transport et de stockage vise à contribuer significativement à la réduction des émissions de CO₂ du continent.
Où est stocké le CO₂ capturé ?
Après sa capture, le CO₂ est séché, déshydraté, voire comprimé pour pouvoir être transporté sans danger. Il est ainsi acheminé de différentes manières – bateau, train, gazoduc ou par canalisation – vers un lieu de stockage de long terme – pendant plusieurs centaines d’années.
On utilise actuellement trois méthodes de captage du carbone :
🌍Sous-sol profond
En savoir +
Le stockage du CO₂ dans un sous-sol profond d’environ 1 000 à 2 000 mètres. Ces zones géologiques peuvent prendre la forme de veines de charbon des gisements, d’aquifères salins profonds, de nappes phréatiques épuisées ou d’anciens réservoirs d’hydrocarbures.
💧Dissolution dans l’eau
En savoir +
Le CO₂ peut aussi être stocké par séquestration minérale : dissous dans l’eau à 800 mètres de profondeur, il est injecté dans du basalte et se transforme en roches carbonatées en moins de deux ans — un processus qui prend normalement des millénaires.
🌊Fond océanique
En savoir +
Le stockage du CO₂ dans les fonds océaniques est encore à l’étude. Des interrogations concernent notamment l’impact sur l’acidification des océans.
Le CO₂ capté peut être réutilisé et valorisé dans l’optique de produire des biocarburants, des matériaux ou d’améliorer la production de pétrole et de gaz…
Comment procède-t-on au captage du CO₂ dans l’air ?
La capture du carbone désigne un ensemble de technologies élaborées pour capturer les émissions de dioxyde de carbone (CO₂) dans le cadre d'une stratégie plus large nommée CCUS (Capture, Utilisation et Stockage du Carbone).
Ce processus englobe différentes étapes : la collecte sur un site industriel, le transport après liquéfaction du gaz, l'entreposage par injection et dans une moindre mesure sa valorisation.
1. La séparation des éléments chimiques
Pour capter le CO₂, il faut séparer les éléments constitutifs de la fumée – l’azote, l’oxygène et la vapeur d’eau. En effet, le CO₂ ne compte que pour 5 à 15 % dans la composition de la fumée. À ce jour, il existe trois grandes techniques artificielles de captage de CO₂ (source : EDF ENR) :
la précombustion, qui implique la décarbonation du combustible fossile avant sa combustion. Transformé en un gaz de synthèse, le CO₂ est capté suite à l’ajout d’un solvant. Une technologie réalisable, mais particulièrement coûteuse ;
l’oxycombustion, qui requiert la combustion directe du CO₂ dans de l’oxygène pur au lieu de l’air. L’intérêt ? Augmenter la concentration de carbone dans les fumées afin de le capter plus facilement grâce au phénomène de condensation. En effet, la composition du flux est uniquement faite de carbone et de vapeur d’eau ;
la « postcombustion », qui est la plus utilisée pour capter le CO₂. Cette technique est considérée comme mature – mais très énergivore. Concrètement, il s’agit de « laver » les fumées émises suite à la combustion des énergies fossiles, puis de capter le CO₂ grâce à l’utilisation d’un solvant.
2. La liquéfaction du CO₂
Après sa capture, le processus de liquéfaction du CO₂ est mis en œuvre. Cette phase se réfère à la transformation du gaz carbonique en sa forme liquide.
La liquéfaction du CO₂ consiste à comprimer et à refroidir le gaz pour le transformer en liquide.
D'abord, le CO₂ est compressé jusqu'à une pression suffisante, puis l'eau qu'il contient est retirée pour éviter toute réaction indésirable. Ensuite, une étape de purification permet d’éliminer les impuretés si l'on a besoin d’un CO₂ très pur (par exemple pour des usages alimentaires ou industriels). Enfin, un système de refroidissement condense le gaz pour obtenir du CO₂ liquide (source : SINTEF, 2025).
Le CO₂ sous forme liquide est par la suite entreposé dans des réservoirs, en attente de son acheminement.
“ NB : La liquéfaction est donc utilisée pour simplifier le transport ou l'entreposage du dioxyde de carbone (CO₂) – pour qu'il puisse être acheminé vers des emplacements de stockage ou d'exploitation, soit en mer, soit sur la terre ferme, par le biais de pipelines ou de navires. Pour les volumes plus réduits, on peut recourir à des trains, des barges, des camions, entre autres. ”
Finalement, les gaz non condensables sont collectés et recyclés, en particulier pour attraper le méthane résiduel.
3. L’injecteur de CO₂
L’injecteur de CO₂ intervient à la toute dernière étape du processus de captage et stockage du CO₂ (CSC).
Un injecteur de CO₂, dans le contexte du stockage et de la capture du carbone (CSC), est un dispositif qui assure l'injection de dioxyde de carbone (CO₂) dans un système, habituellement dans le sous-sol, afin d'y piéger ce gaz de manière permanente.
“ Le système d’injection est l’ensemble des équipements qui permettent d’envoyer le CO₂ jusqu’au sous-sol. Il comprend des réservoirs de stockage, des canalisations, des compresseurs pour maintenir la pression, des instruments de contrôle, et les puits par lesquels le CO₂ est injecté profondément dans la roche (source : IPCC - Task Force on National Greenhouse Gas Inventories). ”
Autrement dit, c’est tout le dispositif technique qui permet de faire descendre le CO₂ dans le sous-sol, là où il pourra être stocké en toute sécurité pendant très longtemps.
Habituellement, l'injection de CO₂ se réalise dans des espaces confinés, des bassins sédimentaires ou d'anciens gisements d'hydrocarbures vidés, assurant ainsi un entreposage stable et pérenne du CO₂ dans les couches géologiques (source : Ministères Aménagement du territoire Transition écologique).
Que devient le CO₂ à après injection ? Une fois injecté, le CO₂ peut se dissoudre dans l’eau, se minéraliser en roches calcaires ou, plus rarement, être capté par la biomasse sous forme de carbone organique.
La valorisation du CO₂, de quoi parle-t-on ?
“ La valorisation (ou « utilisation »), alternativement au stockage, consiste à utiliser le CO₂ capté pour la fabrication de produits. Elle regroupe différents usages : e-carburants (carburants alternatifs produits à partir d'hydrogène et de CO₂), production de plastiques, ou encore la carbonatation du béton (source : Ministères Aménagement du territoire Transition écologique). ”
Parfois, l'objectif est de le conserver, voire d'utiliser à nouveau le CO₂. L'exploitation ou « utilisation », en alternative au stockage, fait référence à l'usage du CO₂ capté pour la fabrication de produits.
Les différentes techniques de valorisation du CO₂ en développement sont les suivantes (source : IFPEN) :
L'utilisation directe
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Le CO₂ est recyclé dans divers secteurs, comme l'extraction de pétrole (EOR), le traitement de l'eau, la gazéification des boissons ou la production de neige carbonique.
L'évaluation chimique
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Consiste à convertir le CO₂ en carburants (bioGNV), plastiques ou matériaux, par le biais de réactions avec de l'hydrogène.
La valorisation biologique
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Il est employé pour favoriser la culture de microalgues ou pour stimuler la croissance des plantes – dans le but de générer des molécules ayant une grande valeur ajoutée.
Selon l’IFPEN, les voies chimiques et biologiques de valorisation sont à l’heure actuelle encore au stade laboratoire ou pilote.
“ La valorisation du CO₂ reste donc aujourd’hui marginale, principalement en raison de la faible maturité des technologies disponibles, comme le souligne l’ADEME (2022). ”
Un avantage (controversé) pour les industriels
On voit souvent cette technologie comme une alternative prometteuse pour diminuer les émissions de CO₂, même si son efficacité tangible et sa mise en œuvre à grande échelle demeurent encore à prouver. En effet, elle fait l'objet de critiques pour sa possibilité d'entraver les véritables efforts de transition énergétique liés à une approche de décroissance, en créant une illusion de solution miracle.
Ainsi, malgré les avantages qu’il procure, le captage de CO₂ continue de faire débat – pour les raisons suivantes :
le captage est très coûteux et compliqué à mettre en œuvre – et coûte entre 50 et 180 euros la tonne, d’après les Echos (2022) ;
la fiabilité des zones de stockage interroge (notamment le risque de fuite suite à un événement sismique) ;
pour capter une tonne de CO₂, il faut utiliser entre 2 000 et 4 000 litres d’eau et l’utilisation d’intrants chimiques. Autrement dit, cette technologie demande beaucoup de ressources (source : Haut Conseil pour le Climat, 2023).
L'utilisation de la capture de carbone devrait principalement être envisagée pour les émissions résiduelles qui sont difficiles à éviter, comme c'est le cas pour des secteurs de l’industrie lourde, comme les cimenteries, l'acier, la pétro-chimie – dont le fonctionnement nécessite la combustion de ressources fossiles à intensité carbone très élevée.
“ En effet, si la capture de CO₂ vise uniquement à compenser les émissions industrielles – responsables de 37,4 milliards de tonnes en 2024 (source : L’Humanité) – sans transformation des modes de production, son efficacité reste très limitée. ”
Pour résumer, il est préférable de réduire directement les émissions pour décarboniser l'industrie plutôt que de les enfouir dans les profondeurs. Pour garantir l'efficacité de la capture du carbone, rien n'est plus efficace que de s'engager pour la protection des puits de carbone naturels – en sauvegardant nos écosystèmes, nos forêts et la préservation des océans.
En définitive, la manière la plus efficace de capturer le CO₂ est d'éviter toute émission.
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Quelles sont les innovations technologiques de capture du CO₂ ?
Plusieurs techniques innovantes de capture de CO₂ sont actuellement au stade de la recherche ou de l'expérimentation :
Combustion en boucle chimique
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La combustion en boucle chimique utilise deux chaudières connectées pour isoler et récupérer facilement le CO₂ pendant la combustion.
Capture directe atmosphérique (DAC)
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Des ventilateurs aspirent le CO₂ directement de l'air ambiant - où il est 200 à 300 fois moins concentré qu'à la sortie des cheminées industrielles - avant de le stocker dans le basalte. L'entreprise suisse Climeworks exploite actuellement le plus grand site mondial en Islande.
Émissions négatives par BECCS
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Le procédé BECCS (Bioénergie avec captage et stockage du carbone) consiste à cultiver des plantes, les brûler pour produire de l’énergie, puis stocker le CO₂ émis sous terre.
Solidification du CO₂
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Deux méthodes existent : la solidification physique (en neige carbonique à -78 °C) et la chimique, qui transforme le CO₂ en carbonates stables ; certaines technologies vont plus loin en valorisant le CO₂ en matériaux comme polymères, béton ou nanomatériaux.
Ces technologies restent néanmoins confrontées à un défi majeur : leur déploiement à grande échelle nécessite une énergie considérable, particulièrement pour maintenir les conditions extrêmes de température et de pression.
Pourquoi capter les émissions de carbone ?
Le CO₂ figure parmi les cinq gaz à effet de serre majeurs et est perçu comme le principal contributeur au réchauffement planétaire.
Pourtant, à l’origine, le carbone est naturellement présent sous forme de gaz carbonique et joue un rôle essentiel dans le cycle du carbone, puisqu’il régule le climat et préserve les écosystèmes. Toutefois, depuis la révolution industrielle, les activités humaines rejettent un trop grand nombre de CO₂ d’origine anthropique dans l’atmosphère (surtout du fait de la combustion d’énergies fossiles), ne permettant pas à la nature de gérer cet afflux soudain.
“ La concentration de CO₂ dans l’atmosphère a franchi un seuil jamais observé depuis 4 millions d’années — un niveau sans précédent dans l’histoire de l’humanité (source : Libération, 2022). ”
De fait, le carbone s’accumule dans l’atmosphère et agit comme une couverture de plus en plus épaisse autour de la Terre : c’est l’amplification de l’effet de serre anthropique. Ce phénomène, amplifié par les activités humaines, piège la chaleur et fait grimper la température de la planète, provoquant un dérèglement climatique aux multiples conséquences :
acidification et élévation du niveau des océans ;
intensification des événements météorologiques extrêmes (feux de forêt, inondations, sécheresses, canicules, etc.) ;
effondrement progressif de la biodiversité, marine comme terrestre ;
diminution des rendements agricoles et risques accrus de pénuries alimentaires ;
hausse des migrations climatiques et aggravation de la pauvreté.
En parallèle des nombreuses mesures mises en place pour limiter le réchauffement climatique, à l’image de l’Accord de Paris signé en 2015 ou le paquet Fit For 55, le captage CO₂ des usines peut trouve sa place aux côtés d’autres mesures environnementales comme l’expansion des énergies renouvelables, l’amélioration de l’efficacité énergétique couplée à une décroissance programmée.
“ Par ailleurs, le Groupe de travail III du GIEC souligne dans un rapport spécial que le piégeage et le stockage du dioxyde de carbone (PSC) sont des « options d’atténuation essentielles », notamment pour des secteurs comme l’industrie chimique et la production de ciment, où la réduction des émissions reste particulièrement difficile (source : Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2018). ”
Bibliographie
L’air, un élément indispensable à la vie, DREAL, 2020, https://www.normandie.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/1_l-air_un-element-indispensable-a-la-vie.pdf
Dioxyde de carbone (CO2) - Définition, Actu-Environnement, 2019, https://www.actu-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/definition/dioxyde_de_carbone_co2.php4
Puits de carbone, une chance pour le climat, CNRS, 2021, https://lejournal.cnrs.fr/videos/puits-de-carbone-une-chance-pour-le-climat
Les puits de carbone terrestres se sont effondrés en 2023, Le Monde, 2023, https://www.lemonde.fr/planete/article/2024/07/30/les-puits-de-carbone-terrestres-se-sont-effondres-en-2023_6261489_3244.html
L’océan, puits de carbone à l’avenir incertain, CNRS, 2021, https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/locean-puits-de-carbone-lavenir-incertain
Climat : les émissions de CO2 devraient atteindre un nouveau record en 2024, L’Humanité, 2024, https://www.humanite.fr/environnement/cop29/climat-les-emissions-de-co2-devraient-atteindre-un-nouveau-record-en-2024
Capture du carbone, utilisation et stock, Ministères Aménagement du territoire Transition écologique, https://www.ecologie.gouv.fr/politiques-publiques/capture-valorisation-stockage-du-carbone-cvsc-carbon-capture-utilization-and
Une technologie dévoilée Le captage du CO2, EDF ENR, https://www.edf.fr/sites/default/files/Lot%203/CHERCHEURS/Publications/utdcaptageco2web.pdf
Better understanding of CO2 liquefaction (Towards identifying …, SINTEF, 2025, https://blog.sintef.com/energy/co2-liquefaction-transport-conditions-ship-based-ccs/
Réduire l'empreinte carbone de l'industrie : captage, stockage et valorisation du CO2, IFPEN, https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/enjeux-et-prospective/decryptages/climat-environnement-et-economie-circulaire/reduire-les-emissions-industrielles-co2-captage-et-stockage-du-co2
La captation du carbone: vraie solution ou faux espoir?, Les Echos, https://www.lesechos.fr/weekend/planete/la-captation-du-carbone-vraie-solution-ou-faux-espoir-1915168
La captation du carbone: vraie solution ou faux espoir?, Haut Conseil pour le Climat, 2023, https://www.lesechos.fr/weekend/planete/la-captation-du-carbone-vraie-solution-ou-faux-espoir-1915168
Le niveau de CO2 jamais vu sur Terre depuis 4 millions d’années, Libération, 2022, https://www.liberation.fr/environnement/climat/le-niveau-de-co2-jamais-vu-sur-terre-depuis-4-millions-dannees-20220604_KJXMYN7LVVEBPDB3J3KDLNKABU/