Utiliser la puissance des océans pour lutter contre le changement climatique

Couvrant 70% de la surface de la Terre, l’océan agit déjà comme un puits de carbone géant, éliminant environ un quart du dioxyde de carbone produit chaque année par l’activité humaine, estiment les scientifiques. Le carbone atmosphérique est absorbé par le mélange physique de l’air et de l’eau à la surface et par des réactions chimiques en dessous qui impliquent la photosynthèse par le plancton marin. Une fois que le carbone pénètre dans l’océan, il peut être enfermé en toute sécurité dans les profondeurs marines pendant des centaines ou des milliers d’années, selon des recherches.

Les scientifiques disent qu’il ne suffira peut-être pas de passer aux énergies renouvelables, de conduire des véhicules électriques et de passer à une fabrication à faible émission de carbone pour éviter les impacts les plus dangereux du changement climatique. Pour atteindre les objectifs climatiques internationaux, il est également nécessaire d’éliminer 10 gigatonnes de CO2 atmosphérique chaque année d’ici 2050, selon un rapport de 2019 de l’Académie nationale des sciences, de l’ingénierie et de la médecine.

Certaines stratégies sont déjà en cours, telles que les technologies visant à aspirer le dioxyde de carbone directement de l’air, les techniques agricoles pour stocker le carbone dans les sols et les changements dans la gestion des forêts. Maintenant, certains chercheurs étudient comment l’océan pourrait absorber du carbone supplémentaire et quels en seraient les avantages et les risques.

“Nous devons sérieusement trouver un moyen d’éliminer une partie du CO2, et il devient déjà assez clair que vous ne pouvez pas tout faire sur terre”, déclare David Keller, scientifique principal au Geomar Helmholtz Center for Ocean Research Kiel en Allemagne. « L’océan joue un rôle majeur dans le cycle du carbone, et c’est là que la majeure partie du carbone est stockée de toute façon. Je pense qu’il est tout à fait logique de regarder là-bas. Bien sûr, nous ne voulons pas gâcher l’océan.

Les idées d’élimination du carbone assistée par l’océan incluent le déversement de tonnes de limaille de fer dans l’océan comme nutriment pour favoriser la croissance du plancton, ce qui a été fait plus d’une douzaine de fois à petite échelle. D’autres propositions impliquent la construction d’immenses fermes de varech en mer ou la restauration d’écosystèmes côtiers.

À l’automne, des chercheurs dirigés par le Geomar Helmholtz Center for Ocean Research Kiel ont mené une expérience au large de l’île de Grande Canarie pour mesurer comment l’ajout de minéraux alcalins à l’eau de mer contribue à réduire le CO2.


Photos:

Michael Sswat/GEOMAR

Reste à savoir si ces techniques peuvent être efficaces et sûres, en particulier à grande échelle. Les scientifiques et les entrepreneurs affirment que l’élimination du carbone dans les océans nécessite davantage de recherche ainsi qu’un modèle économique durable.

Le bricolage avec l’océan pourrait se heurter à des obstacles pour gagner l’acceptation du public et des personnes qui dépendent de la mer pour leur subsistance, déclare Holly Jean Buck, professeur adjoint d’environnement et de durabilité à l’Université d’État de New York à Buffalo et auteur de “After Géo-ingénierie : Tragédie climatique, réparation et restauration. » Pourtant, c’est une option importante à considérer, dit-elle. « Nous savons déjà ce qui peut ralentir les émissions. Mais en termes d’élimination des émissions, nous n’en avons tout simplement pas beaucoup.

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Pensez-vous que l’océan devrait être utilisé pour éliminer davantage de dioxyde de carbone de l’atmosphère ? Rejoignez la conversation ci-dessous.

Des experts convenus en 2021 par les Académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine ont identifié six technologies d’élimination du carbone océanique qui pourraient faire une brèche dans le dioxyde de carbone atmosphérique. Le rapport recommandait un programme de recherche de 125 millions de dollars pour mieux comprendre les défis, y compris les effets économiques et sociaux potentiels, et estimait qu’il faudrait 1,3 milliard de dollars pour traduire ces idées en projets de démonstration évolutifs. Aucun programme dédié n’a été formé, bien que certains groupes philanthropiques promettent de petites sommes pour soutenir la recherche.

Pendant ce temps, certains entrepreneurs verts ont déjà testé leurs propres idées pour utiliser l’océan pour éliminer le carbone. Voici un échantillon :

Antiacides océaniques

Project Vesta, basé à San Francisco, indique qu’il prépare une expérience sur une île des Caraïbes plus tard cette année pour ajouter un minéral absorbant le carbone à l’eau de mer pour agir comme une sorte de comprimé antiacide massif. L’augmentation de l’alcalinité provoque une série de réactions chimiques qui convertissent le CO2 dissous dans l’eau de mer en molécules stables de bicarbonate et de carbonate, ce qui amène l’océan à absorber plus de CO2 de l’air.

L’entreprise à but non lucratif prévoit de broyer un minéral vert volcanique appelé olivine en particules ressemblant à du sable et de l’étaler le long de la plage d’une crique de l’île, qu’elle a refusé de nommer. Au fur et à mesure que les vagues et les courants dissolvent l’olivine, on s’attend à ce qu’elle crée une série de réactions chimiques qui permettent à l’océan de capter le CO2 de l’air. Une deuxième baie sur l’île sans le sable d’olivine servira de site de contrôle. “Nous modifions la chimie des océans, mais nous le faisons de manière très progressive”, a déclaré le PDG de Project Vesta, Tom Green.

Pendant ce temps, la startup canadienne Planetary Technologies prévoit d’utiliser les déchets de la mine de nickel, ou résidus, pour fabriquer un matériau alcalin qui peut être ajouté à l’océan. Les résidus sont utilisés dans un processus avec un courant électrique pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène et produire un sous-produit appelé hydroxyde minéral. Ajouté à l’eau de mer, l’hydroxyde augmente l’alcalinité et capte plus de CO2 de l’air, explique la firme. L’idée est d’ajouter le composé aux exutoires industriels existants qui mènent à l’océan.

«Nous commençons sur le site minier, produisons notre forme pure d’alcalinité très douce, puis nous la transportons jusqu’à la côte et la déversons dans l’eau de mer par un exutoire permanent», explique Mike Kelland, PDG de Planetary Technologies. La startup prévoit avoir son usine pilote en marche d’ici la fin de 2024 près d’une mine au Québec.

Des chercheurs dirigés par Geomar ont conçu une expérience utilisant de grands cylindres transparents pour mesurer comment l’ajout de divers minéraux alcalins à l’eau de mer aide à réduire le CO2. La première phase s’est déroulée au large de l’île de Grande Canarie en septembre et octobre. La deuxième partie est prévue en mai dans un fjord norvégien. Les premiers résultats montrent que la chimie des océans doit être soigneusement surveillée pour s’assurer que le carbone est correctement absorbé. Si l’alcalinité devient trop élevée, un précipité chimique se forme qui peut être toxique pour le plancton océanique.

Ferme flottante d’algues

La start-up aquacole Running Tide propose une flottille de bouées de la taille d’un ballon de basket qui soutiennent les frondes du varech macroalgue en dessous – dans ce qu’elle appelle des «microforêts de varech». Au fur et à mesure que le varech grandit, il absorbe le CO2 de l’océan. Une fois que la plante de varech devient trop grosse et trop lourde, elle coule au fond, la traînant avec le carbone qu’elle a absorbé.

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Comme idée pour stimuler la capture de C02, la startup aquacole Running Tide propose de créer ce qu’elle appelle des “microforêts de varech”. Voici comment le système fonctionnerait :

Des flottilles de bouées biodégradables de la taille d’un ballon de basket supporteraient des frondes de varech en dessous. Comme l’océan puise le C02 de l’atmosphère, le varech l’absorberait de l’eau lors de la photosynthèse.

Une fois qu’une plante de varech devient trop grosse et trop lourde, elle coule, entraînant avec elle le carbone qu’elle a absorbé. Finalement, il serait enfoui dans les sédiments ou consommé par la vie marine des grands fonds, explique Running Tide.

Des flottilles de bouées biodégradables de la taille d’un ballon de basket supporteraient des frondes de varech en dessous. Comme l’océan puise le C02 de l’atmosphère, le varech l’absorberait de l’eau lors de la photosynthèse.

Une fois qu’une plante de varech devient trop grosse et trop lourde, elle coule, entraînant avec elle le carbone qu’elle a absorbé. Finalement, il serait enfoui dans les sédiments ou consommé par la vie marine des grands fonds, explique Running Tide.

Des flottilles de bouées biodégradables de la taille d’un ballon de basket supporteraient des frondes de varech en dessous. Comme l’océan puise le C02 de l’atmosphère, le varech l’absorberait de l’eau lors de la photosynthèse.

Une fois qu’une plante de varech devient trop grosse et trop lourde, elle coule, entraînant avec elle le carbone qu’elle a absorbé. Finalement, il serait enfoui dans les sédiments ou consommé par la vie marine des grands fonds, explique Running Tide.

Des flottilles de bouées biodégradables de la taille d’un ballon de basket supporteraient des frondes de varech en dessous. Comme l’océan puise le C02 de l’atmosphère, le varech l’absorberait de l’eau lors de la photosynthèse.

Une fois qu’une plante de varech devient trop grosse et trop lourde, elle coule, entraînant avec elle le carbone qu’elle a absorbé. Finalement, il serait enfoui dans les sédiments ou consommé par la vie marine des grands fonds, explique Running Tide.

“Il frappe simplement la boue, puis une partie est mangée, devient une partie de l’écosystème là-bas”, explique Marty Odlin, PDG de Running Tide, un ancien pêcheur commercial titulaire d’un diplôme d’ingénieur de Dartmouth. “Le carbone devient simplement une partie de ce qu’on appelle le tapis roulant des profondeurs océaniques, est entraîné au fond de l’océan et apparaît sur un site de remontée d’eau dans 800 à 1 000 ans.”

M. Odlin et les partenaires académiques de Running Tide sont en train de déterminer où placer au mieux les bouées pour absorber le plus de CO2. Ils envisagent également d’utiliser différentes espèces de macroalgues en fonction de l’emplacement. Son usine pilote de Portland, dans le Maine, est en construction.

La récente étude des National Academies note qu’une trop grande quantité de varech en décomposition sur le fond marin pourrait provoquer des “zones mortes” d’eau à faible teneur en oxygène qui pourraient nuire à la vie marine, tandis qu’une trop grande quantité de varech flottant pourrait priver la couche superficielle de nutriments qui alimentent d’autres organismes marins.

Enfouissement du carbone en mer

Et si vous pouviez récupérer le CO2 de l’air et l’enfouir dans la roche volcanique sous le fond marin ? C’est l’idée derrière Solid Carbon, un consortium basé à Victoria, en Colombie-Britannique, qui comprend des scientifiques américains et canadiens.

Des plates-formes océaniques flottantes équipées de machines de capture directe de l’air, comme celle qui fonctionne actuellement en Islande, achemineraient le gaz CO2 dans des formations de basalte situées à 350 pieds sous le fond marin. Le basalte absorberait le dioxyde de carbone et le transformerait en roche.

Solid Carbon prévoit un projet de démonstration en 2024 dans le bassin de Cascadia, une région volcanique à environ 130 milles au large de la côte de la Colombie-Britannique. Kay Moran, chef de projet et PDG d’Ocean Networks Canada, un consortium universitaire qui exploite des observatoires sous-marins, affirme que le bassin pourrait contenir l’équivalent de 15 ans d’émissions mondiales de carbone humain.

Les experts marins avertissent que tout CO2 enfoui doit être surveillé pour s’assurer qu’il ne s’échappe pas de la formation et ne bouillonne pas dans l’océan.

Six avenues pour la capture de l’océan

Les National Academies ont identifié six méthodes prometteuses pour la capture du carbone dans les océans et ont recommandé un budget pour faire passer les projets à des essais sur le terrain ou à un stade pilote, et pour étudier les effets secondaires potentiels sur la vie marine :

Fertilisation nutritive: Ajoutez des nutriments tels que l’azote, le fer ou le phosphore pour stimuler la production de phytoplancton marin et améliorer l’absorption de CO2 par la photosynthèse. 290 millions de dollars

Upwelling et downwelling artificiels : Utilisez des tuyaux et des pompes pour amener de l’eau profonde et froide riche en nutriments afin d’augmenter la production de phytoplancton à la surface pour capturer le CO2 de l’atmosphère, et faire descendre l’eau de surface pour transporter ce carbone dans l’océan profond. L’étude note qu’il pourrait être difficile de s’assurer que le carbone reste enfermé et ne retourne pas dans l’écosystème. 25 millions de dollars.

Culture d’algues : Créer des fermes d’algues à grande échelle qui transportent le carbone vers les profondeurs de l’océan ou dans les sédiments. 130 millions de dollars.

Récupération des écosystèmes océaniques et côtiers : Replanter et restaurer les écosystèmes océaniques pour relancer l’absorption du carbone par la faune et la flore marines. 220 millions de dollars

Amélioration de l’alcalinité des océans : Augmentez l’alcalinité de l’océan avec des minéraux et d’autres additifs pour lui permettre d’absorber en toute sécurité plus de CO2. 125 à 200 millions de dollars.

Approches électrochimiques : Utiliser le courant électrique dans les processus, y compris l’augmentation de l’alcalinité de l’eau de mer pour capturer le CO2. 350 millions de dollars.

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