Des scientifiques accélèrent un processus naturel millénaire pour combattre le CO2

Une équipe de chercheurs interdisciplinaires dirigée par l’Université Northwestern a reçu 5,1 millions de dollars du ministère américain de l’énergie (DOE) pour tester l’efficacité de l’altération climatique, une stratégie relativement nouvelle pour éliminer le dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère qui ne cesse de se réchauffer.

Le saupoudrage de roches concassées sur les terres agricoles pourrait permettre d’éliminer des milliards de tonnes de CO2 de l’atmosphère chaque année et de le piéger avec succès pendant des dizaines de milliers d’années. Mais les chercheurs doivent encore effectuer des recherches et des analyses plus approfondies pour déterminer si l’amélioration de l’altération climatique représente une voie de décarbonation plausible.

Grâce à la nouvelle subvention, l’équipe distribuera du calcaire broyé dans une ferme du sud de l’Illinois et analysera sa capacité à éliminer le CO2 atmosphérique. Les agriculteurs utilisent déjà le calcaire pour contrôler le pH du sol et améliorer le rendement des cultures, mais peu de recherches ont été menées pour optimiser les pratiques existantes afin de favoriser l’absorption du CO2.

Le projet, qui démarrera en janvier 2025, fait partie d’un investissement de 58,5 millions de dollars du ministère de l’environnement dans le développement de technologies d’élimination du carbone commercialement viables.

En recueillant et en analysant les données relatives à l’eau et aux sols pendant deux saisons de végétation, les chercheurs visent à accélérer le processus d’élimination du carbone et à mettre au point des protocoles d’altération améliorés que les agriculteurs du Midwest et d’autres régions pourront facilement adopter. En plus de fournir une solution de décarbonation sûre et durable, les chercheurs s’attendent à ce que l’altération climatique améliorée permette aux agriculteurs de générer des revenus supplémentaires en vendant des crédits de compensation carbone.

« Au cours des dernières années, l’intérêt pour l’amélioration de l’altération des roches a augmenté de façon exponentielle », a dit Andrew D. Jacobson, de Northwestern, qui est le chercheur principal de la bourse. « L’industrie de la décarbonation se développe rapidement et Northwestern est idéalement placé pour jouer un rôle de premier plan dans le perfectionnement de l’altération améliorée. Nous sommes motivés pour tester le potentiel de l’altération climatique améliorée avec les plus hauts niveaux de rigueur et de qualité scientifiques. »

Expert en géochimie, M. Jacobson est professeur de sciences de la terre et des planètes au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. Avec Brad Sageman et Louise Egerton-Warburton, professeurs à Northwestern, Jacobson mènera à bien le projet en partenariat avec Silicate Carbon, une start-up spécialisée dans l’élimination du carbone, et Frank McDermott, professeur de géologie à l’University College de Dublin.

Accélérer l’altération des millénaires à quelques décennies

Les partisans de l’amélioration de l’altération des roches s’inspirent du cycle naturel du carbone à long terme de la Terre. L’altération des roches convertit le CO2 en bicarbonate, une forme ionique de carbone relativement stable dans l’eau à l’échelle géologique. Les ions de bicarbonate filtrent à travers le sol et sont finalement entraînés dans les ruisseaux, les rivières et, finalement, l’océan, où ils forment du carbonate de calcium solide.

« Une fois sous sa forme minérale, le carbone ne peut plus s’échapper », explique M. Sageman, expert du climat ancien de la Terre et professeur de sciences de la Terre et des planètes à l’université Weinberg. « Nous voulons tirer parti du système de rétroaction naturel de la Terre. Mais ce processus se déroule sur des échelles de temps géologiques. Pour qu’il fasse une différence au cours de notre vie, nous devons accélérer le processus en le faisant passer de quelques millénaires à quelques dizaines d’années ».

En broyant les roches – plutôt qu’en les laissant s’altérer naturellement sur de longues périodes – les chercheurs augmentent la surface disponible pour les réactions chimiques. Cela devrait accélérer l’échelle de temps de la réduction du CO2.

L’équipe de Northwestern collabore avec Silicate Carbon, une entreprise irlandaise qui teste le potentiel de l’altération améliorée dans les fermes Schott à Buckingham, dans l’Illinois, un petit village près de Kankakee. L’année dernière, Silicate a commencé à recouvrir systématiquement plus de 40 acres de la ferme de soja et de maïs avec de la poussière fine provenant de déchets de béton. Après de multiples faux départs – interrompus par un coup de foudre et des panneaux solaires défectueux – l’équipe a finalement commencé à recueillir des données préliminaires sur le ruissellement de l’eau et les gaz émis l’été dernier.

« C’est un travail extraordinaire, mais nous disposons d’un budget très limité », a ajouté Maurice Bryson, PDG de Silicate. « Nous l’avons fait avec le budget le plus réduit que l’on puisse imaginer. Nous utilisons des équipements donnés et nous faisons preuve d’un courage et d’une détermination sans faille. Aujourd’hui, grâce au financement du ministère de l’énergie, nous pourrons mener des recherches beaucoup plus approfondies. Nous disposons ainsi des bonnes personnes, des bonnes ressources et d’un plan détaillé pour répondre à de nombreuses questions. »

Une première pour le calcaire

L’étude financée par le DOE se concentrera principalement sur le calcaire, mais testera également d’autres matériaux géologiques, tels que le basalte et la wollastonite. Jusqu’à présent, la plupart des stratégies d’amélioration de la résistance aux intempéries ont utilisé le basalte, dont les chercheurs pensent qu’il s’altère plus rapidement que d’autres types de roches silicatées, telles que le granite. Cependant, le calcaire s’altère des ordres de grandeur plus rapidement que le basalte, ce qui augmente la probabilité de pouvoir mesurer avec certitude les taux d’absorption du CO2.

« La plupart des équipes dans le monde utilisent du basalte, qui est une roche ignée », a déclaré M. Bryson. « Nous savons que l’altération du basalte est un puits de carbone naturel à l’échelle géologique, mais il n’est pas certain qu’il puisse être un puits de CO2 à l’échelle humaine. Le potentiel des carbonates, comme le calcaire, à absorber rapidement le CO2 atmosphérique est très clair, et c’est quelque chose que nous avons testé au cours des trois dernières années. »

« À ma connaissance, personne d’autre n’a encore étudié le calcaire du point de vue de l’altération. Je veux dire que les agriculteurs utilisent le calcaire depuis toujours pour modifier le pH du sol, précisément parce qu’il a une cinétique de dissolution rapide, ce qui n’est donc pas nouveau. Mais du point de vue de l’altération améliorée, en essayant d’absorber le CO2 et de produire du bicarbonate dissous, personne d’autre n’a essayé de le faire ».

Erich Schott, propriétaire de Schott Farms, ajoute déjà du calcaire à ses champs tous les cinq ans environ. Lorsque le sol est trop acide, le calcaire équilibre le pH afin de rendre les nutriments plus facilement disponibles pour ses cultures. Dans le cadre de la nouvelle étude, les chercheurs examineront si le calcaire doit être ajouté à des intervalles plus fréquents et/ou à des volumes plus importants.

M. Schott fait preuve d’un « optimisme prudent » à l’égard du projet d’amélioration de la résistance aux intempéries qui se déroule sous sa fenêtre. La ferme appartient à sa famille depuis les années 1850. Depuis qu’il dirige l’exploitation, il a fait preuve d’ouverture d’esprit en expérimentant de nouvelles techniques agricoles. Après la légalisation de la marijuana par l’État de l’Illinois, par exemple, M. Schott a essayé de cultiver des fibres de chanvre pour remplacer les fibres synthétiques utilisées dans le béton. Aujourd’hui, il considère l’amélioration de la résistance aux intempéries comme une nouvelle occasion d’explorer des solutions potentielles à des problèmes de longue date.

« C’est un peu pénible, mais rien de traumatisant », a indiqué M. Schott à propos du projet. « Si vous n’essayez pas différentes idées, vous manquerez toutes les occasions d’apprendre. Si cela fonctionne, ce sera une excellente nouvelle. Mais si ce n’est pas le cas, nous avons essayé. »

Mesurer la santé des sols et des plantes

De même, ce n’est pas la première étude sur l’altération climatique améliorée que les scientifiques du Northwestern ont tentée. Financé par l’Institut Paula M. Trienens pour la durabilité et l’énergie, M. Jacobson dirige également un projet de démonstration de deux ans visant à tester l’efficacité de l’élimination du CO2 par le basalte.

Situé dans une serre du Jardin botanique de Chicago, le projet comprend des dizaines de mésocosmes (systèmes expérimentaux qui simulent les conditions naturelles). L’équipe de recherche utilise ces systèmes pour examiner les effets de la température, du type de culture et d’autres variables pertinentes pour l’agriculture du Midwest. Au fur et à mesure que les plantes poussent, les chercheurs mesurent le bicarbonate, le pH et les ions dissous dans l’eau de ruissellement, ainsi que le rendement des cultures et les gaz émis par le sol.

L’équipe ramène également des échantillons de sol et de cultures au laboratoire pour des tests supplémentaires. En particulier, des questions importantes se posent sur la manière dont l’amélioration de l’altération peut affecter les microbiomes des sols agricoles.

À l’issue de ces expériences, les chercheurs prévoient d’obtenir des résultats susceptibles d’orienter les efforts d’optimisation et de prévision de l’élimination du CO2. Bien que l’amélioration de l’altération ne puisse à elle seule inverser le changement climatique, elle pourrait constituer un outil supplémentaire pour ralentir le réchauffement.

« Le changement climatique est là, et le monde n’est pas encore en train d’ajuster son comportement », a conclu M. Bryson. « Nous devons donc trouver de nouvelles solutions pour réduire les effets de la combustion des combustibles fossiles. Cela demandera beaucoup de travail, mais c’est un défi que nous devons absolument relever. »

Légende illustration : Maurice Bryson (à droite), de Silicate Carbon, et son collègue ont installé des chambres à flux sur la ferme de Schott. Ces chambres mesurent les gaz émis par le sol, notamment le méthane, le dioxyde de carbone et l’oxyde nitreux. Images de Silicate Carbon

Source : Université Northwestern – Traduction Enerzine.com