Le 12 février, 2006

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Protocole de quantification pour la capture et le stockage géologique du CO₂

Introduction

Le gouvernement du Canada a créé le Centre de vérification des gaz à effet de serre dans le cadre de son Plan d'action 2000 sur le changement climatique. Le Centre vise quatre grands objectifs :

• Servir de centre de collecte, de maintien, de mise à jour et d'échange des plus récents documents et outils permettant de quantifier et de vérifier les réductions d'émissions de GES réalisées à l'échelle des projets et des technologies;
• Participer à l'élaboration de méthodes de travail, de protocoles et de normes pour la quantification et la vérification des émissions et des réductions d'émissions et l'élaboration de rapports afférents pour diverses initiatives sur le changement climatique;
• Fournir des services de soutien technique, faciliter l'échange d'information entre les initiatives nationales sur le changement climatique et favoriser l'harmonisation des protocoles, des normes et des méthodes de quantification et de vérification utilisés par les organisations nationales;
• Faciliter la création d'entités de vérification dûment formées et accréditées responsables de la quantification, de la surveillance et de la vérification.

En ce qui a trait au deuxième objectif, le Centre a entrepris l'élaboration de protocoles de calcul de réduction des émissions de GES. Ces protocoles fournissent des lignes directrices sur la façon de réaliser des inventaires de gaz à effet de serre à l'échelle des installations et des estimations des réductions des émissions de gaz à effet de serre à l'échelle des projets. Ces protocoles tirent profit de l'expertise acquise dans chaque domaine et respectent dans la mesure du possible les exigences internationales actuelles de production de rapports sur les émissions de GES. Ils ont été conçus à l'intention des promoteurs d'initiatives canadiennes sur le changement climatique, mais leur application n'est en aucun cas obligatoire.

Il faut aussi noter que les protocoles du Centre de vérification des gaz à effet de serre (CVGES) visent à offrir des conseils sur la façon de calculer et de mesurer les GES, mais ils doivent être utilisés dans une approche systémique plus large pour quantifier les réductions d'émissions de GES. Les protocoles actuels ont été conçus en fonction de l'approche systémique utilisée par le programme Mesure d'action précoce en matière de technologie (TEAM), connue sous le nom de système d'appréciation des gaz à effet de serre de TEAM (SAGES). Le document se trouve dans le site Web sur le changement climatique du gouvernement du Canada. Certaines portions du protocole actuel font référence à des éléments qui sont mieux définis dans SAGES.

But et portée

Ce document traite du calcul des réductions directes des émissions qu'on peut attribuer à une mesure spécifique de capture de CO₂ d'un flux de déchets pour le stocker dans un réservoir géologique. On aborde également dans ce document les questions de quantification des émissions de GES applicables à trois flux possibles de CO₂ provenant de déchets, en l'occurrence:

• La purification du gaz naturel brut (connue également sous le nom de « adoucissement »);
• La production d'hydrogène dans le but d'améliorer l'huile brute synthétique;
• Le gaz de fumée résultant de la combustion des produits fossiles qui pourraient contenir du CO₂ dans des concentrations relativement limitées (de l'ordre de 10 à 15 %).

De plus, on peut utiliser ce document pour trois façons de stocker ce CO₂ dans des réservoirs géologiques, dont:

• Le stockage dans des réservoirs épuisés d'huile et de gaz naturel ;
• Le recours au CO₂ pour faciliter la récupération de l'huile contenue dans les réservoirs actuels;
• Le recours au CO₂ pour faciliter la récupération du méthane contenu dans les couches de houille.

On présente dans ce document les principales questions de quantification concernant tous ces cas et on illustre la façon dont les promoteurs peuvent employer ce système de rapports pour quantifier ces réductions d'émissions.

Principes élémentaires

Comme dans le cas de la pluparts des protocoles de quantification du Centre de vérification des gaz à effet de serre (CVGES) d'Environnement Canada, on doit s'en tenir à certains principes élémentaires qui proviennent d'un guide international faisant autorité et publié par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GEIC) dans la version révisée de 1996 des Lignes directrices du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre (Lignes directrices du GIEC), ainsi que dans le document connexe intitulé Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories (guide des pratiques exemplaires). On peut consulter ces documents sur le Web aux adresses suivants:

• http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/invs1.htm et
• http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gp/french/gpgaum_fr.htm respectivement.

Le raisonnement de se conformer à cette directive internationale vise à assurer que l'information soumise par les promoteurs de projets soit conforme aux directives de production des rapports des parties au Protocole de Kyoto et aux exigences de rapport du Mécanisme du développement propre (MDP) et d'Application conjointe (AC).

Ces principes élémentaires comprennent:

La transparence: On devrait clairement expliquer les hypothèses et les méthodologies employées pour calculer une réduction d'émissions afin de faciliter ainsi la répétition et l'évaluation du calcul par les gens auxquels cette information est destinée. La transparence au niveau du calcul d'émissions est essentielle au succès du processus afin de pouvoir bien communiquer et évaluer cette information.

Intégralité: Le calcul des réductions d'émissions englobe toutes les sources pertinentes et tous les puits, ainsi que les gaz à effet de serre concernés dont on fait mention dans la version révisée de 1996 des Lignes directrices du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre.

Consistance: Une estimation des réductions d'émissions devrait présenter une consistance interne de tous ses éléments d'une année à l'autre. Cette estimation est consistante, pourvu qu'on ait recours aux mêmes méthodologies au départ et toutes les années par la suite et qu'on utilise des ensembles de données consistantes pour estimer les émissions ou les adsorptions des sources et des puits.

Comparabilité: l'estimation de la réduction des émissions et l'adsorption présenté par chaque proposant devrait être comparable avec celles de tous les proposant.

Représentativité: les émissions doivent être comptabilisées de façon qu'on connaisse où et quand elles ont été produites, on évite ainsi le double comptage.

Conservateur: La quantité d'émissions provenant des sources n'est pas sous-estimée et l'adsorption ou l'entreposage des émissions ne sont pas surestimés.

Conventions de base

Les autorités internationales ont défini des conventions de base afin de permettre de mieux comparer les estimations des émissions. Parmi les conventions auxquelles on devrait se conformer lors de l'utilisation du présent protocole, mentionnons:

Unités métriques: Tous les calculs des réductions des émissions devraient se faire en unités métriques ou être convertis dans ces unités avant qu'on ne complète les formulaires du système d'appréciation des gaz à effet de serre de TEAM (SAGES).

Unités de mesure physiques: Dans la mesure du possible, les calculs devraient s'effectuer au moyen des unités de mesure physiques telles la masse, le volume et la longueur. Les rapports entre un paramètre et un autre ou les quantités de combustible fossile mesurées en unité d'énergie devraient être évités puisqu'ils peuvent être biaisés.

Les réductions d'émissions des divers GES devraient se calculer séparément pour être ensuite combinées au moyen des potentiels de réchauffement planetaire (PRP): Les coefficients d'émission de la plupart des calculs sont spécifiques aux gaz à effet de serre, de sorte qu'on ne les présente pas en équivalent de CO₂. Pour cette raison, on devrait calculer les émissions pour chacun des gaz et appliquer ensuite les PRP au montant global des réductions des émissions de GES.

Sources d'émissions et possibilités de réduction par la capture et le stockage

Comme on l'a mentionné ci-dessus, les secteurs de la production du pétrole, du gaz et de l'électricité constituent des sources distinctes de CO₂ et il existe diverses façons de capturer et stocker ceux-ci du point de vue géologique. Cependant, il existe certains points communs quant à la façon dont on calculerait dans chacun des cas les réductions d'émissions de CO₂. Il s'agit:

• De calculer ou mesurer la concentration de CO₂ dans le flux de déchets;
• De calculer ou mesurer le volume de gaz de combustion injectés dans le réservoir géologique;
• De caractériser l'intégrité du réservoir géologique afin d'en estimer la capacité de stockage à long terme;
• D'élaborer une stratégie de mesure des fuites permettant de réduire les risques de catastrophe et suscitant la confiance quant au stockage à long terme du CO₂.

Un des aspects critiques de ces éléments de quantification consiste à définir l'expression de stockage à longue échéance. Certaines questions entourent la définition d'une échelle temporelle adéquate et la décision à savoir si celle-ci doit reposer sur une base géologique ou sur d'autres principes de gestion des risques.

Dans le but de simplifier le débat entourant un ‘stockage à longue échéance acceptable', le Centre de vérification des gaz à effet de serre (GES) accepte l'orientation initiale élaborée par un groupe de travail fédéral/provincial sur la capture et le stockage géologique du CO₂. Ce groupe de travail utilise, en tant que définition initiale d'un stockage à long terme, une période de 1000 années au cours de laquelle le réservoir géologique doit retenir au moins 90% du CO₂ qu'on y injecte. Malgré le fait que cette durée soit en quelque sorte arbitraire, elle excède de beaucoup les délais étudiés actuellement par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) dans ses évaluations du changement climatique provoqué par l'homme. Ces évaluations tiennent compte des effets d'une augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) sur le système climatique terrestre au cours des 100 à 200 années à venir. Pour cette raison, on croit que le délai de 1000 années est suffisamment long pour gérer les risques inhérents au changement climatique provoqué par l'homme.

Le reste de ce document concerne les diverses méthodes permettant actuellement de mesurer ou d'estimer les quatre variables identifiées ci-dessus.

Méthodologie de calcul ou de mesure de la concentration de CO₂ dans un flux de déchets

En vertu du système de rapports du projet, on doit choisir pour le projet de réduction des émissions une technologie ou un scénario de référence qui nous intéresse. Cette référence doit pouvoir se comparer le mieux possible au projet sur le plan de la définition des limites et des caractéristiques techniques. On s'attend à ce que la plupart des projets de capture et de stockage géologique de CO₂ présentent une référence en définissant un système excluant l'installation et l'utilisation d'un système de capture et de stockage géologique de CO₂. Pour cette raison, il est logique de débuter en quantifiant les réductions possibles des émissions de CO₂ par rapport à la concentration existant dans le flux de déchets et qui seraient libérées dans l'atmosphère si aucun système de capture et de stockage géologique n'était en place.

La méthode préférée pour définir cette concentration consiste à faire appel à un équipement de contrôle continu des émissions qui peut s'installer à la sortie d'un flux de déchets et à suivre la concentration de CO₂ dans le temps. Il existe plusieurs fabricants de ce type d'équipement et on en prouve l'utilité dans le secteur de la production d'électricité aux États-Unis.

Il est cependant possible que le flux de déchets qui nous intéresse ne se prête pas au contrôle continu des émissions, soit en raison de la concentration du CO₂ contenu dans le celui-ci (trop élevé) ou en raison d'autres espèces chimiques qui pourraient nuire à la précision d'un mesurage continu du CO₂. Dans de telles situations, on préfère les méthodes d'estimation. Les promoteurs peuvent choisir entre des facteurs d'émission définis et des résultats d'activité (telle la production totale de gaz naturel brut) afin de calculer ces estimés, ou on peut faire appel aux calculs du bilan massique. Dans tous les cas, on devrait retrouver dans le Rapport d'orientation des limites une justification du recours à une méthodologie particulière et une description détaillée de la méthode d'estimation dans une annexe aux tableaux de rapport.

Les promoteurs soumettant des projets de réduction des émissions peuvent également décider de mesurer eux-mêmes périodiquement les émissions afin de définir des facteurs d'émission spécifiques aux divers projets et améliorer la précision de leurs estimations. Dans ces cas, on devrait s'en tenir à des méthodes d'utilisation standard pour l'équipement de mesure des émissions et fournir une explication détaillée du protocole de mesure des émissions en annexe aux tableaux de rapport.

Méthodologie de mesure ou d'estimation du volume des gaz de combustion injectés dans le réservoir géologique

Il existe sur le marché plusieurs dispositifs de mesure du débit vendus par des fournisseurs des secteurs du pétrole et du gaz naturel. Ces systèmes ont pour but de mesurer les débits de liquides et de gaz qu'on extrait des réservoirs d'huile et de gaz naturel. Les promoteurs peuvent opter pour utiliser des dispositifs semblables afin de mesurer le flux des gaz de combustion réinjectés dans ces réservoirs. Les mesures produites par des débitmètres peuvent se convertir en volumes injectés en faisant appel aux facteurs de conversion (soit des unités impériales aux unités métriques) et en multipliant le résultat par la durée d'injection.

Dans certains cas, les promoteurs peuvent capter les gaz de combustion par un procédé cryogénique avant de les injecter. On devrait alors identifier les bons instruments de mesure du débit à cette fin et, dans les deux cas précédents, joindre les procédures d'utilisation normalisées aux tableaux de rapport.

Méthodologie de contrôle d'intégrité du réservoir géologique

Cette étape du protocole de quantification est la plus importante lorsqu'il s'agit de confirmer la crédibilité des réductions des émissions qu'on a réalisées. Voici, entre autres, le type de données qu'on s'attend à recevoir habituellement:

• Emplacement et historique du réservoir concerné;
• Essai sismique effectué au cours de la phase d'exploration et contenant des données sur les dimensions et les caractéristiques du réservoir;
• Tout essai géophysique ou géochimique qu'on peut avoir réalisé sur le réservoir et pouvant aider à confirmer son intégrité;
• Toute donnée historique sur le nombre et les types de puits ayant été reliés à ce réservoir, incluant leur état (suspendu, abandonné) et la méthode employée pour les boucher;
• Toute information ou caractéristique sur les exigences ou les règlements des provinces ou autres compétences régissant l'injection des flux de déchets dans les réservoirs géologiques;
• Toute attestation délivrée par un géophysicien ou tout autre expert reconnu quant à l'intégrité du réservoir.

Les proposants utiliseront cette information afin de déterminer sur le plan qualitatif si le réservoir concerné répond à l'exigence de 90% de stockage pour 1000 années. Si le résultat est positif, on prendra pour acquis que le promoteur a injecté et stocké avec succès la quantité totale de CO₂ (basée sur les calculs de concentration et de volume présentés ci-dessus) lors de la réalisation des projets de réduction des émissions.

Méthodologie de contrôle du CO₂ suivant l'injection

Une autre étape de contrôle de la qualité consiste pour les promoteurs de projet à élaborer et mettre en application un programme de contrôle du CO₂ permettant d'accroître la confiance à l'effet que le CO₂ restera stocké dans le réservoir. Alors que le Centre de vérification des GES reconnaît qu'il est impossible d'employer dans le cadre d'un projet un programme de contrôle global qui tiendrait compte de tous les points de fuite possibles d'un réservoir donné, on doit présenter avec chaque projet un quelconque plan de contrôle pour éviter que le projet ne soit rejeté. Ce plan de contrôle peut comprendre, entre autres:

• Mesure des principaux paramètres de pression et de débit au site d'injection pour s'assurer qu'on n'excède pas les paramètres du réservoir;
• Mesure des flux ambiants de CO₂, soit sur une base continue ou périodique et de tout point de fuite possible qu'on a identifié. Ces points de fuite pourraient être des formations géologiques particulières reconnues pour avoir présenté des fuites par le passé, des puits mal bouchés, interrompus ou abandonnés, des puits bouchés ayant plus de 50 ans, etc.

Le plan de mesure doit être conçu de façon à augmenter la confiance à l'effet que les risques de catastrophes ou d'autres fuites sont minimisés et que le promoteur du projet gère adéquatement celui-ci, ainsi que le site.

Flexibilité d'application du protocole de quantification

Le Centre de vérification des GES reconnaît que le protocole actuel ne présente aux promoteurs de projet que peu d'information sur la façon de recueillir toutes ces mesures. Cependant, en raison de la nature du projet et de l'état de la recherche dans ce domaine, il est pour l'instant impossible d'offrir aux promoteurs un encadrement complet et global. Le Centre de vérification des GES espère que les promoteurs de projet feront preuve d'innovation en employant les directives générales présentées ci-dessus et qu'ils agiront et feront preuve d'ingéniosité pour minimiser les coûts de préparation des soumissions aux projets tout en s'assurant que leur projet a permis des réductions crédibles des émissions.

Calcul des réductions des émissions

Voici les principaux paramètres de calcul:

= concentration moyenne de CO₂ du flux de déchets dans une période
donnée selon diverses mesures ou estimations (pourcentage par volume);

V = volume total des gaz de combustion injectés (m³);

Densité, , du CO₂ dans des conditions standard à 25°C et à une pression atmosphérique (atm) de 1 selon la loi des gaz parfaits:

Où:

• p représente la pression atmosphérique standard de 1 atmosphère (atm)
• Ro représente la constante universelle des gaz, 0.08206 m³-atm/kmole-K,
• T représente la température absolue en degrés Kelvin (K = °C + 273.15), et
• M représente le poids moléculaire du dioxyde de carbone en kg.

Si le débitmètre indique le flux d'injection en pieds cubes par minute (pi3/min), en le multipliant par 0.02832 m³/pi³, on convertit le volume (V) en mètres cubes standard. En multipliant le résultat par le nombre de minutes d'opération, on obtient le volume total injecté durant une période donnée.

On peut mesurer la concentration de dioxyde de carbone, (c) en pourcentage de volume, à la source d'émission (telle une cheminée) ou l'estimer à partir de données fiables. On devrait ensuite calculer la moyenne de ces valeurs pour connaître la concentration quotidienne moyenne de dioxide de carbone( ). Le produit équivaut alors au volume quotidien de dioxyde de carbone injecté, alors que représente la masse correspondante. Enfin, on ne doit utiliser aucun potentiel de réchauffement planétaire (PRP), puisque ce potentiel pour le CO₂ =1. Par conséquent, on peut exprimer comme suit la réduction des émissions de gaz à effet de serre en équivalent de CO₂ (CO₂e):

r = kg - CO₂e/jour

Où:

r, est la réduction possible des émissions qu'on évaluera alors selon les renseignements qualitatifs sur l'intégrité du réservoir géologique et le programme de contrôle ambiant afin d'évaluer les réductions réelles des émissions. Si on se justifie convenablement devant l'intégrité du réservoir et sur la rigueur apporté au contrôle du CO₂ ambiant, on peut déterminer que la réduction possible des émissions, soit r, est égale à la réduction réelle des émissions.

Assurance de la qualité et contrôle de qualité

On a déjà défini plusieurs mesures d'assurance et de contrôle de la qualité dans les sections précédentes, mais certaines mesures générales peuvent également s'appliquer pour augmenter la confiance à l'effet qu'on a effectué correctement toutes les mesures et tous les calculs. Parmi ces mesures, mentionnons:

• respecter les directives des fabricants en matière de calibrage et d'entretien des instruments;
• vérifier les calculs pour s'assurer qu'on n'a commis aucune erreur mathématique;
• comparer les estimations actuelles aux estimations précédentes;
• demander qu'un autre analyste (un 2e ou un 3e) reprenne les calculs.

Vérification par un tiers

Au Canada, il n'existe actuellement aucune ligne directrice cohérente et exhaustive décrivant comment réaliser une vérification par une tierce partie des réductions des émissions faisant l'objet d'une demande de paiement pour réduction d'émissions. Aux fins du présent protocole, les promoteurs doivent veiller à ce qu'une vérification ait été effectuée par une tierce partie lorsqu'ils soumettent une demande de paiement pour réduction d'émissions après une durée d'opération préétablie dans le cadre d'un projet donné. Cette façon de faire vise à fournir l'assurance qu'une réduction d'émissions a bel et bien été réalisée et qu'elle est quantifiable.

Rapports

En vertu du système de rapport de projet, les promoteurs doivent soumettre un rapport en mentionnant le nom du projet et les éléments de repère dans la portée du calcul des réductions des émissions. Chaque élément d'un projet devrait être accompagné d'une estimation correspondante des émissions de GES. Ces estimations peuvent être identiques ou différentes au niveau des éléments de repère et des calculs du projet.

Dans le cas du projet de capture et de stockage géologique du CO₂, le principal élément qui distingue le projet de l'élément de repère permet de mesurer ou de calculer le CO₂ injecté. Comme on l'a mentionné ci-dessus, l'élément le plus important lorsqu'il s'agit de déterminer la crédibilité des réductions des émissions réalisées consiste à déterminer l'intégrité du réservoir géologique. Les promoteurs devraient accorder une attention particulière au type et à la qualité des renseignements dans ce but.

Aux fins du rapport, le promoteur du projet doit ajouter les pièces jointes aux tableaux de rapport. Dans le cas de la capture et du stockage géologiques, ces pièces jointes peuvent comprendre:

• des relevés quotidiens des concentrations moyennes de dioxyde de carbone pour la période de rapport;
• des données sur les débits quotidiens moyens;
• toutes les données brutes et études visant à justifier l'intégrité du réservoir de stockage géologique;
• des exemples de registres de mesures pour le programme de contrôle des fuites de dioxyde de carbone et les données de contrôle quotidiennes moyennes pour la période de rapport;
• des exemples de calculs détaillés faisant appel à des données réelles pour calculer les réductions des émissions à partir des activités d'une journée donnée.