CCS, CCUS, DAC, BECCS, carbonatation minérale : quelles différences entre les technologies de capture du carbone ?
L’Agence internationale de l’énergie (AIE), le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) et plusieurs gouvernements considèrent le captage et le stockage du carbone (CCS) comme un outil important dans plusieurs scénarios visant la carboneutralité [1]. Plus largement, la gestion du CO₂ regroupe différentes approches, dont le CCS, le CCUS, le DAC, le BECCS et la carbonatation minérale. Ces solutions interviennent à différentes étapes du cycle du carbone : certaines réduisent les émissions à la source, d’autres retirent du CO₂ déjà présent dans l’atmosphère, tandis que la minéralisation permet de le transformer en carbonates solides et stables. Cet article propose un tour d’horizon de ces technologies, de leur fonctionnement et de leurs principales caractéristiques.
Cinq technologies, une même ambition : réduire le CO₂ dans l'atmosphère
Bien qu'elles contribuent toutes à la gestion du carbone, ces cinq grandes familles technologiques interviennent de différentes façons : certaines réduisent les émissions de CO₂ à la source, tandis que d’autres peuvent retirer du CO₂ de l’atmosphère ou le transformer en minéraux stables.
Tableau 1 — Comparaison des principales approches de captage et de gestion du carbone
| Technologie | Source de CO₂ capturé | Mode de stockage principal | Destination principale du CO₂ |
|---|---|---|---|
| CCS | Sources ponctuelles (industrie, énergie) | Formations géologiques profondes | Stockage géologique permanent |
| CCUS | Sources ponctuelles | Stockage géologique + valorisation | Utilisation dans des produits ou procédés et/ou stockage géologique |
| DAC | Air ambiant | Géologique (DACCS) | Utilisation ou stockage géologique durable |
| BECCS | Biomasse (bioénergie) | Formations géologiques | Stockage géologique permanent |
| Carbonatation minérale | Sources ponctuelles ou CO₂ dissous dans l'eau | Minéralisation in situ (roche) | Transformation en carbonates solides, in situ ou ex situ |
Capturer le CO₂ là où il est produit : le CCS et le CCUS
Parmi les approches de gestion du carbone, le CCS et le CCUS interviennent principalement là où le CO₂ est produit, notamment dans les installations industrielles et énergétiques. Ces deux termes sont étroitement liés et leur usage peut parfois se chevaucher. Le CCS désigne généralement une chaîne de captage, de transport et de stockage permanent, tandis que le terme CCUS est surtout employé lorsqu’une voie d’utilisation du CO₂ s’ajoute au stockage ou s’y substitue [1].
Le CCS : capturer et stocker le CO₂ en profondeur
Le CCS (Carbon Capture and Storage, ou captage et stockage du carbone) regroupe les procédés qui permettent de récupérer le CO₂ émis par une source industrielle ou une installation de production d’énergie, puis de l’acheminer vers un site où il sera stocké durablement dans le sous-sol [1]. L’objectif consiste à empêcher qu’une partie des émissions générées par ces activités atteigne l’atmosphère.
La chaîne du CCS comprend trois principales étapes :
Le captage du CO₂ dans les gaz industriels. Il peut être réalisé avant la combustion, après celle-ci dans les fumées, ou au moyen de l’oxycombustion, qui utilise un mélange riche en oxygène afin de produire un flux plus concentré en CO₂ [2].
Le transport du CO₂ comprimé jusqu’au site de stockage, notamment par pipeline ou par navire. Le rail et le camion peuvent également être utilisés pour certains volumes ou sur de courtes distances [2].
L’injection dans une formation géologique profonde, comme un aquifère salin, un réservoir pétrolier ou gazier épuisé, ou, dans certains cas, une couche de charbon non exploitable [2].
Une fois injecté, le CO₂ est retenu par plusieurs mécanismes complémentaires. Le piégeage physique le confine sous une couverture rocheuse étanche ou l’immobilise dans les pores de la formation. Le piégeage chimique comprend sa dissolution dans les fluides souterrains et ses réactions avec les minéraux présents. Le piégeage hydrodynamique correspond pour sa part à une migration extrêmement lente dans les formations profondes, sur des périodes pouvant atteindre plusieurs millions d’années [3]. Au fil du temps, ces mécanismes contribuent à renforcer la stabilité du stockage.
Le CCUS : utiliser le CO₂ capté en plus de le stocker
Le CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) reprend les mêmes étapes de captage et de transport, mais inclut aussi la possibilité d’utiliser le CO₂ dans un produit ou un procédé. Il ne s’agit donc pas toujours d’une technologie entièrement distincte du CCS, mais plutôt d’un terme plus large qui met l’accent sur les voies de valorisation [1].
Deux grandes voies de valorisation se distinguent :
La récupération assistée du pétrole, ou EOR, consiste à injecter du CO₂ dans un champ pétrolier mature afin de maintenir la pression du réservoir et de faciliter l’extraction d’une partie du pétrole restant. Une proportion importante du CO₂ peut demeurer dans la formation, à condition que le site soit exploité et suivi comme un projet de stockage. Selon les estimations historiques citées, une tonne de CO₂ injectée pouvait permettre de produire environ 0,1 à 0,5 tonne de pétrole supplémentaire [1][2]. Des données de 2010 situaient le coût du volet stockage par EOR autour de 20 à 30 USD/tCO₂, sans nécessairement inclure l’ensemble des coûts de captage et de transport [2].
La fabrication de produits utilise le CO₂ comme matière première dans certains carburants synthétiques, produits chimiques ou matériaux de construction. L’avantage climatique de ces applications dépend du procédé employé, de l’énergie consommée, du produit remplacé et de la durée pendant laquelle le carbone demeure immobilisé. Certaines utilisations peuvent retenir le CO₂ sur une longue période, tandis que d’autres le relâchent rapidement dans l’atmosphère [1].
En résumé, le CCS désigne principalement le stockage durable du CO₂ après son captage, tandis que le CCUS inclut aussi des voies d’utilisation. La distinction repose donc moins sur la méthode de captage que sur la destination finale du carbone récupéré.
Retirer le CO₂ de l’atmosphère : comprendre le DAC et le BECCS
Contrairement au CCS et au CCUS, qui captent principalement le CO₂ à la source d’une installation industrielle ou énergétique, le DAC et le BECCS peuvent contribuer à retirer du carbone déjà présent dans l’atmosphère. Leur fonctionnement repose sur des mécanismes différents. Le DAC sépare directement le CO₂ de l’air ambiant, tandis que le BECCS s’appuie d’abord sur l’absorption naturelle du carbone par la biomasse.
Ces approches sont parfois qualifiées de technologies à « émissions négatives ». Cette désignation s’applique lorsque le CO₂ capté est stocké durablement et si les émissions générées par l’ensemble du procédé demeurent inférieures à la quantité retirée de l’atmosphère. Leur bilan dépend donc de l’énergie utilisée, du transport, des infrastructures de stockage et, dans le cas du BECCS, de la provenance de la biomasse.
Le DAC : capter directement le CO₂ dans l’air
Le DAC (Direct Air Capture, ou captage direct dans l’air) utilise des installations qui font circuler l’air ambiant au contact de substances capables de retenir sélectivement le CO₂. Le gaz capté est ensuite libéré sous une forme concentrée afin d’être transporté, stocké ou utilisé dans un produit.
Comme la concentration de CO₂ dans l’air ambiant est beaucoup plus faible que dans les flux gazeux plus concentrés, sa séparation entraîne généralement une pénalité énergétique plus élevée [4].
Deux grandes familles de procédés sont actuellement développées :
Les solvants liquides, utilisés notamment dans l’approche de Carbon Engineering. Une solution chimique absorbe le CO₂ contenu dans l’air, puis différents traitements permettent de le récupérer sous une forme concentrée.
Les sorbants solides, employés notamment par Climeworks et Global Thermostat. Le CO₂ se fixe à la surface de matériaux solides avant d’être libéré, généralement à l’aide de chaleur, pour être collecté [4].
Le DAC désigne uniquement l’étape de captage dans l’air. Lorsque le CO₂ récupéré est ensuite stocké durablement dans le sous-sol, l’approche est appelée DACCS (Direct Air Carbon Capture and Storage). Une utilisation temporaire du CO₂, par exemple dans un carburant qui le relâche lors de sa combustion, ne correspond pas nécessairement à un retrait permanent.
Le DAC présente l’avantage de pouvoir être installé indépendamment d’une source industrielle de CO₂ et de ne pas dépendre d’un approvisionnement en biomasse. Son déploiement dépend de l’accès à une énergie à faible empreinte carbone, les coûts des équipements, les besoins en chaleur et en électricité ainsi que la disponibilité de solutions adaptées pour transporter, utiliser ou stocker le CO₂ [4].
Le BECCS : combiner bioénergie et stockage du carbone
Le BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage, ou bioénergie avec captage et stockage du carbone) combine la production d’énergie à partir de biomasse avec le captage et le stockage géologique du CO₂. Pendant leur croissance, les végétaux absorbent du CO₂ atmosphérique par photosynthèse. Lorsque cette biomasse est ensuite utilisée pour produire de l’électricité, de la chaleur ou des carburants, le CO₂ libéré peut être capté puis stocké durablement dans le sous-sol.
Cette combinaison donne au BECCS une particularité importante : il peut à la fois produire de l’énergie et contribuer au retrait du CO₂ de l’atmosphère. Pour que ce retrait soit réellement net, le carbone biogénique doit être stocké durablement et les émissions générées par l’ensemble de la chaîne — production de la biomasse, transport, transformation, captage et stockage — doivent rester suffisamment faibles [5][6].
Le GIEC estime que le potentiel technique mondial moyen du BECCS pourrait atteindre environ 5,9 GtCO₂ par année en 2050. Une partie de ce potentiel, soit environ 1,6 GtCO₂/an, pourrait être accessible à un coût inférieur à 100 USD par tonne de CO₂, avec un niveau de confiance moyen [5]. Ces estimations illustrent l’ampleur du rôle que le BECCS pourrait jouer dans les stratégies de décarbonation, sans constituer une prévision du niveau qui sera effectivement déployé.
Le développement du BECCS repose aussi sur la disponibilité d’une biomasse produite de façon durable. La provenance de cette biomasse, l’usage des terres et les émissions liées à sa chaîne d’approvisionnement influencent directement le bilan climatique du procédé [5]. L’enjeu consiste donc moins à maximiser les volumes de biomasse qu’à intégrer le BECCS dans des systèmes où la ressource, l’énergie et le stockage géologique peuvent être mobilisés de manière cohérente.
Le DACCS et le BECCS offrent ainsi deux voies complémentaires pour retirer du CO₂ de l’atmosphère. Le DACCS le capte directement dans l’air, alors que le BECCS utilise la biomasse comme étape naturelle d’absorption avant de récupérer et de stocker le carbone. Leur développement repose sur des ressources différentes : le DACCS dépend surtout de l’accès à une énergie bas carbone, tandis que le BECCS repose davantage sur la disponibilité durable de la biomasse et des infrastructures de stockage.
Minéraliser le carbone : transformer le CO₂ en minéraux stables
La carbonatation minérale consiste à transformer chimiquement le CO₂ en carbonates solides. Dans le stockage géologique conventionnel, le CO₂ injecté est retenu dans une formation par différents mécanismes physiques et chimiques. La carbonatation vise plus directement sa transformation en nouveaux minéraux, offrant ainsi une forme de stockage chimique particulièrement durable [9]
Ce phénomène se produit naturellement dans certaines roches, mais il peut aussi être accéléré au moyen de procédés techniques. Son efficacité dépend notamment de la composition minéralogique des formations, de la présence d’eau ainsi que de leurs propriétés de porosité et de perméabilité [9].
Comment fonctionne la carbonatation minérale ?
La minéralisation du CO₂ repose sur une réaction entre le carbone et des minéraux riches en magnésium, en calcium ou en fer. Cette interaction forme des carbonates solides et chimiquement stables, ce qui immobilise durablement le CO₂ dans la roche [9].
Deux grandes catégories de roches sont particulièrement étudiées :
Les basaltes, des roches volcaniques qui contiennent des minéraux réactifs et peuvent présenter une porosité favorable à l’injection de fluides. Le CO₂ introduit dans la formation peut se dissoudre dans l’eau, puis réagir avec les éléments présents dans la roche pour former des carbonates.
Les roches ultramafiques, riches en magnésium et en fer. Des traces de carbonatation naturelle sont observées dans plusieurs régions où ces roches affleurent, notamment en Oman, ce qui témoigne de leur capacité à réagir avec le CO₂ sur de longues périodes [9].
Source: Ocean Networks Canada
La carbonatation peut être mise en œuvre selon deux approches principales :
La minéralisation in situ : le CO₂, parfois préalablement dissous dans l’eau, est injecté directement dans une formation géologique réactive. Les réactions se déroulent ensuite dans le sous-sol.
La minéralisation ex situ : les roches, les résidus miniers ou d’autres matériaux riches en minéraux réactifs sont traités en surface, dans des installations où les conditions de réaction peuvent être contrôlées.
Ces méthodes conduisent toutes deux à la formation de carbonates solides. Leurs conditions de mise en œuvre diffèrent. La voie in situ dépend notamment de l’injectivité et de la circulation des fluides dans la roche, tandis que l’approche ex situ peut nécessiter l’extraction, le broyage, le transport et le traitement de grandes quantités de matériaux.
Basaltes et roches ultramafiques : des formations favorables à la minéralisation du CO₂
Les basaltes et les roches ultramafiques présentent un intérêt particulier pour la minéralisation du CO₂ en raison de leur composition. Elles contiennent des minéraux riches en calcium, en magnésium et en fer qui peuvent réagir avec le CO₂ dissous pour former des carbonates solides et stables [8][10].
Les basaltes peuvent aussi présenter des fractures et des zones perméables qui facilitent l’injection et la circulation des fluides. Des essais sur le terrain ont déjà démontré leur capacité à minéraliser le CO₂ : au projet Wallula, dans l’État de Washington, environ 60 % du CO₂ injecté avait été minéralisé après deux ans [8]. Ces résultats complètent ceux obtenus avec CarbFix en Islande.
Les roches ultramafiques, comme la péridotite, sont particulièrement riches en magnésium et présentent une forte réactivité avec les fluides chargés en CO₂. En 2025, un essai pilote réalisé dans l’ophiolite de Samail, à Oman, a estimé qu’environ 88 % du CO₂ injecté avait été transformé en carbonates en 45 jours [10].
Ces résultats montrent la capacité de ces formations à favoriser la minéralisation du CO₂. À l’échelle d’un site, leur potentiel dépend aussi de la circulation des fluides et de l’accès aux minéraux réactifs. La porosité, la perméabilité et les réseaux de fractures font donc partie des propriétés essentielles à caractériser avant d’envisager un stockage à plus grande échelle [8].
Des liens possibles avec l’hydrogène naturel
Les formations ultramafiques présentent aussi un intérêt pour l’étude de l’hydrogène naturel. Lors de la serpentinisation, l’eau réagit avec certains minéraux riches en fer et peut générer de l’hydrogène dans le sous-sol. Ce phénomène place ces environnements géologiques au croisement de plusieurs domaines de recherche, notamment la production naturelle d’hydrogène, la minéralisation du CO₂ et l’évolution de la perméabilité des roches.
Ces interactions demeurent complexes et varient selon la composition des formations et les conditions géochimiques. Elles ouvrent néanmoins des perspectives intéressantes pour mieux comprendre le potentiel de certaines roches ultramafiques. Une même formation peut ainsi présenter plusieurs caractéristiques pertinentes pour l’exploration énergétique et la gestion du carbone, ce qui renforce l’intérêt de les étudier de manière intégrée.
Le sous-sol, un levier pour la décarbonation
Les différentes approches de captage, d’utilisation, de retrait et de stockage du carbone répondent à des besoins distincts. Le CCS agit principalement sur les émissions industrielles, le CCUS ajoute des voies d’utilisation, tandis que le DACCS et le BECCS peuvent retirer du CO₂ atmosphérique sous certaines conditions. La carbonatation minérale permet pour sa part de l’immobiliser sous forme de carbonates solides.
Ce qui ressort de ce tour d'horizon, c'est que le sous-sol géologique — qu'il s'agisse d'aquifères salins, de basaltes ou de roches ultramafiques — se révèle être un actif stratégique central pour la décarbonation, au même titre que les ressources énergétiques qu'il peut contenir. Ces technologies illustrent comment la géologie peut jouer un rôle actif dans la gestion du carbone atmosphérique, bien au-delà de son rôle traditionnel de source d'extraction.
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Références
[1]: Wilson, Timothy. “What Is Carbon Capture and Storage (CCS)?” IEAGHG, 19 Jan. 2026. https://ieaghg.org/what-is-ccs/what-is-carbon-capture-and-storage-ccs/.
[2]: International Energy Agency ETSAP. “CO2 Capture and Storage.” IEA ETSAP Technology Brief E14, Oct. 2010. https://iea-etsap.org/E-TechDS/PDF/E14_CCS_oct2010_GS_gc_AD_gs.pdf.
[3]: International Energy Agency. CO2 Capture and Storage: A Key Carbon Abatement Option. OECD/IEA, 2008. https://iea.blob.core.windows.net/assets/7a2e4c6f-6cb3-4e40-9623-e1d61843c8ba/CCS_2008.pdf.
[4]: Scottish Government. Negative Emissions Technologies (NETS): Feasibility Study — Technical Appendices. 30 Nov. 2023. https://www.gov.scot/publications/negative-emissions-technologies-nets-feasibility-study-technical-appendices/pages/5/.
[5]: Nabuurs, Gert-Jan, et al. “Agriculture, Forestry and Other Land Uses (AFOLU).” Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by P. R. Shukla et al., Cambridge University Press, 2022, pp. 747–860. doi:10.1017/9781009157926.009. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_Chapter07.pdf.
[6]: Intergovernmental Panel on Climate Change. “FAQ 7.3: What Are Potential Impacts of Large-Scale Establishment of Dedicated Bioenergy Plantations and Crops and Why Is It So Controversial?” Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, 2022. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/faqs/IPCC_AR6_WGIII_FAQ_Chapter_07.pdf.
[7]: “CarbFix Demonstrates CO2 Storage Success.” Modern Power Systems, 16 June 2016. https://www.modernpowersystems.com/news/carbfix-demonstrates-co2-storage-success-4925515/.
[8]: Nisbet, H., et al. “Carbon Mineralization in Fractured Mafic and Ultramafic Rocks: A Review.” Reviews of Geophysics, vol. 62, no. 4, 17 Nov. 2024, e2023RG000815. doi:10.1029/2023RG000815. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023RG000815.
[9]: Craig, James. “Review of CO₂ Storage in Basalts.” IEAGHG, 30 Jan. 2017. https://ieaghg.org/news/review-of-co2-storage-in-basalts/.
[10]: Matter, Juerg M., et al. “Rapid Mineralisation of Carbon Dioxide in Peridotites.” Communications Earth & Environment, vol. 6, 26 July 2025, article 590. doi:10.1038/s43247-025-02509-5. https://www.nature.com/articles/s43247-025-02509-5.
