Lucas DESPORT soutiendra sa thèse le 22 septembre 2023 à 14h en Amphithéâtre Mozart, Mines Paris – PSL, 1 rue Claude Daunesse, 06560 SOPHIA-ANTIPOLIS

Sujet : Intégration de la capture, utilisation et stockage du carbone dans les modèles socio-technico-économiques : optimisation long terme du système énergétique mondial et décarbonation de l’industrie

Sous la direction de : Sandrine SELOSSE (CMA Mines Paris – PSL)

Thèse CIFRE en collaboration avec TotalEnergies

Résumé : Il est désormais sans équivoque que le changement climatique est dû à l’activité humaine, provoquant une augmentation de la température et tous les impacts qui en découlent sur la biodiversité, la météo, la productivité des terres, le niveau de la mer, etc. Il est donc vital de s’engager dans une transition qui nous permettra de limiter le réchauffement climatique, ce qui implique de limiter les émissions de dioxyde de carbone (CO2) et les autres gaz à effet de serre qui résultent de notre utilisation de combustibles fossiles, de notre agriculture et de notre industrie. L’éradication de ces émissions se heurte à des défis environnementaux, sociaux, économiques et techniques. L’une des solutions techniques au problème du CO2 consiste à le capturer, puis à le stocker sous terre ou à l’utiliser. Cette technologie s’appelle le captage, utilisation et stockage du carbone (CCUS). Le changement climatique étant un problème mondial, social, économique et technique, nous utilisons des modèles d’évaluation intégrée (IAM) qui relient le système énergétique à l’économie et au système terrestre et projettent leur avenir. Ils permettent d’évaluer les politiques et les technologies les plus à mêmes de respecter des engagements tels que les objectifs d’émissions net zero. Les IAM sont aussi nombreux que diversifiés, certains se concentrant davantage sur l’économie de l’énergie – connus sous le nom de modèles top-down – que sur les technologies du système énergétique – connus sous le nom de modèles bottom-up, avec différents paradigmes et hypothèses de modélisation. C’est pourquoi deux modèles différents sont utilisés dans cette thèse, à savoir TIAM-FR et EPPA, développés respectivement par Mines Paris – PSL et le MIT. Le cœur du travail consiste à implémenter les technologies CCUS dans les deux modèles. Nous modélisons le transport et du stockage du CO2, ainsi que la capture du CO2 dans les secteurs de l’électricité, de l’hydrogène, de l’industrie et des bioraffineries, puis directement de l’air (DAC) et enfin l’utilisation du CO2 pour produire des minéraux et des carburants synthétiques (essence, diesel, méthanol, méthane, et carburéacteurs). Nous utilisons ces modèles pour évaluer le rôle et le potentiel de CCUS dans la transition énergétique mondiale. Plus précisément, nous abordons trois questions de recherche 1) Quels sont les facteurs qui permettent l’utilisation du CO2 de contribuer de manière significative à la réduction des émissions ? 2) Sous quelles conditions le DAC se déploie à grande échelle et pour quelles conséquences ? 3) Quel est le rôle et le potentiel de l’utilisation du CCUS et pour décarboner l’industrie ? Nos résultats révèlent que le potentiel de l’utilisation du CO2 est très sensible aux incertitudes sous-jacentes à son coût, mais aussi au coût de l’hydrogène. En outre, le potentiel du CO2 diminue à mesure que le stockage du CO2 devient coûteux et que le DAC devient bon marché. Ainsi, le potentiel du CCU est incertain mais peut s’avérer important pour l’industrie ou l’aviation. En ce qui concerne le DAC, cette technologie contribue de manière significative aux ambitions à condition que son coût soit inférieur à 400 $/tCO2, en particulier lorsqu’il n’existe pas de système international d’échange de permis d’émission. Cependant, la disponibilité du stockage du CO2 ainsi que les impacts sur le système électrique peuvent entraver son déploiement. Enfin, les émissions négatives générées par les industries du ciment et de l’acier représentent un potentiel conséquent. D’ailleurs, le CCS reste la seule solution pour lutter contre les émissions de CO2 de l’industrie. Si les résultats de EPPA et de TIAM-FR pour atteindre l’objectif net zero d’ici 2070 diffèrent en termes de capacités de CCUS et de déploiement temporel, les conclusions sont similaires : le CCS et les émissions négatives sont nécessaires pour réaliser la transition. Cependant, utiliser le CO2 est moins efficace et nécessaire que de le stocker sous terre.

Mots clés : Capture, stockage et utilisation du CO2 – modèles socio-économiques – industrie – décarbonation

La soutenance se tiendra en anglais et sera également retransmise en directe. Pour recevoir le lien de connexion, merci de nous contacter.