Quelles industries émettent le plus de CO₂ et comment le CCUS peut-il les aider ?

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Écrit par Guest User

La réduction des émissions mondiales de CO₂ repose en grande partie sur la transformation du système énergétique. Toutefois, une fraction importante des émissions industrielles ne provient pas de la combustion d’énergie, mais de réactions chimiques inhérentes aux procédés de production.

La production et l’usage de l’énergie concentrent 75,7 % des émissions mondiales [3]. Une proportion non négligeable des émissions provient néanmoins de secteurs où la décarbonation est plus complexe. Dans des industries comme le ciment, l’acier ou la chimie, une part du CO₂ est générée directement par les procédés de fabrication, indépendamment de la source d’énergie utilisée. Ces émissions dites de procédé ne peuvent donc pas être éliminées par la seule électrification ou substitution des combustibles.

Dans ce contexte, le CCUS (captage, utilisation et stockage du carbone) apparaît comme une solution complémentaire prometteuse pour réduire ces émissions incompressibles.

Un portrait des émissions mondiales : qui sont les plus grands émetteurs ?

Le terme « secteur de l'énergie » désigne ici non seulement la production d'électricité et de chaleur, mais aussi le transport, la fabrication et la construction, ainsi que les bâtiments. Autrement dit, toutes les activités qui consomment des combustibles fossiles pour produire de l'énergie sont regroupées sous cette catégorie. Avec cette définition en tête, les grandes lignes des émissions mondiales se dégagent clairement.

Les cinq grands secteurs émetteurs identifiés sont les suivants :

  • L'énergie (production d'électricité et de chaleur, transport, fabrication et construction, bâtiments) domine très largement avec 75,7 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Au sein de ce secteur, la production d'électricité et de chaleur représente à elle seule 29,7 % des émissions totales mondiales, suivie du transport (13,7 %), de la fabrication et construction (12,7 %), puis des bâtiments (6,6 %) [3].

  • L'agriculture se place en deuxième position avec 11,7 % des émissions mondiales, principalement en raison des émissions de méthane liées à l'élevage et des émissions de protoxyde d'azote associées aux engrais [3].

  • Les procédés industriels (chimie, ciment et autres, hors consommation d'énergie) représentent 6,5 % des émissions totales. C'est une part qui peut sembler modeste en valeur relative, mais dont la nature rend la réduction particulièrement complexe [3].

  • Les déchets comptent pour 3,4 % des émissions mondiales, principalement via le méthane issu des sites d'enfouissement et du traitement des eaux usées [3].

  • L'UTCATF (usage des terres, changement d'usage et foresterie), qui inclut la déforestation et la dégradation des écosystèmes, contribue pour 2,7 % (valeur nette) [3].

Concernant la nature même des gaz émis, le CO₂ représente 74 % de l'ensemble des gaz à effet de serre, et parmi ces émissions de CO₂, 92 % proviennent de l'utilisation de combustibles fossiles [3]. C'est pourquoi la décarbonation du secteur énergétique au sens large est au cœur de la plupart des stratégies climatiques.

Figure 1 : Répartition des GES mondiaux par secteur (électricité et chaleur, transport, fabrication et construction, agriculture, bâtiments, déchets). Source: Our World in Data

La croissance préoccupante des procédés industriels

Au-delà du poids actuel de chaque secteur, l'évolution dans le temps révèle une tendance qui mérite attention du côté de l'industrie. Depuis 1990, les procédés industriels constituent la source d'émissions ayant crû le plus rapidement, avec une progression de 225 %, loin devant la production d'électricité et de chaleur (+88 %), le transport (+66 %) et la fabrication et construction (+60 %) [3].

Cette trajectoire s'explique en grande partie par la croissance économique mondiale et l'urbanisation accélérée des pays en développement, qui stimulent fortement la demande en ciment, en acier et en produits chimiques [1]. Par conséquent, l'industrie au sens large représente aujourd'hui près d'un quart des émissions de CO₂ liées à la combustion et aux procédés industriels, et absorbe 40 % de la demande énergétique mondiale [1].

Qu'est-ce que le CCUS ?

Le CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage, soit en français : captage, utilisation et stockage du carbone) désigne un ensemble de technologies visant à capter le CO₂ directement à la source d’émission, notamment au niveau des cheminées industrielles ou des centrales, puis à le transporter en vue de son stockage permanent dans des formations géologiques souterraines ou de sa réutilisation dans des procédés industriels.

Le stockage géologique est décrit par l'Agence internationale de l'énergie (AIE) comme une méthode éprouvée pour isoler de manière permanente le CO₂ capté de l'atmosphère [2]. Concrètement, cela signifie que le gaz est injecté dans des roches poreuses situées à grande profondeur, où il reste piégé sur le long terme.

Sur le plan opérationnel, l'infrastructure mondiale est encore à ses débuts, mais elle progresse :

  • À ce jour, 7 sites commerciaux dédiés au stockage du CO₂ sont en opération dans le monde, injectant environ 10 Mt de CO₂ par an, et plus de 100 autres sites sont en cours de développement [2].

  • Par ailleurs, 16 grandes installations CCUS à l'échelle industrielle sont déjà actives et captent plus de 30 Mt de CO₂ par an dans des secteurs comme la production d'ammoniac, l'acier et l'hydrogène [1].

Ces chiffres montrent que le CCUS n'en est plus au stade expérimental : il est déjà déployé dans des contextes industriels réels, même si son développement à grande échelle reste à construire.

L'un des piliers de la réduction du CO₂ industriel

Puisqu'un quart des émissions industrielles provient de réactions chimiques inévitables, la simple substitution des combustibles ne suffit pas. Les émissions de procédé sont des émissions de CO₂ générées par des réactions chimiques ou physiques inhérentes à la fabrication d'un matériau, et non par la combustion d'un carburant. Elles ne peuvent donc pas être éliminées en remplaçant le gaz naturel par de l'électricité verte, par exemple.

Plusieurs contraintes structurelles expliquent pourquoi le CCUS s'impose comme solution complémentaire dans ce contexte:

  • Un quart des émissions industrielles mondiales sont des émissions de procédé qui résultent de réactions chimiques ou physiques et ne peuvent donc pas être évitées en changeant de source d'énergie, représentant près de 2 GtCO₂ [1].

  • Un tiers de la demande énergétique industrielle est destiné à produire de la chaleur à très haute température, pour laquelle les alternatives aux combustibles fossiles sont encore peu nombreuses et peu matures à court terme [1].

  • Les installations industrielles ont une durée de vie pouvant atteindre 50 ans, ce qui peut entraîner un verrouillage des émissions pour plusieurs décennies, rendant toute transition technologique particulièrement lente [1].

Dans ce contexte, l'AIE estime que le CCUS peut contribuer à près d'un cinquième (environ 20 %) des réductions d'émissions nécessaires dans l'ensemble du secteur industriel [1]. En termes absolus, le scénario de l'AIE aligné avec l'Accord de Paris projette plus de 28 GtCO₂ capturées du secteur industriel d'ici 2060, dont la grande majorité provient du ciment, de l'acier et de la chimie [1].

Contributions sectorielles du CCUS : ciment, acier et chimie

L'analyse par secteur permet de comprendre où le CCUS peut avoir l'impact le plus significatif, et pourquoi il représente parfois la solution la plus pertinente disponible.

Figure 2 : Réductions des émissions liées au CCUS par sous-secteur dans le Clean Technology Scenario (CTS), 2017-2060 . Source : IEA

Ciment

Le secteur du ciment illustre bien la problématique des émissions de procédé. Sa fabrication repose sur la calcination du calcaire, une réaction chimique qui libère du CO₂ indépendamment de la source d'énergie utilisée. Cette réaction représente 65 % des émissions du secteur [1]. C'est pourquoi le CCUS joue un rôle important dans sa décarbonation, contribuant à 15 % des réductions d'émissions dans ce secteur entre 2017 et 2060 dans le scénario Accord de Paris de l'AIE, avec une capture cumulative estimée à environ 5 GtCO₂ [1].

Acier et fer

La sidérurgie primaire repose sur des hauts fourneaux qui utilisent du coke comme agent réducteur, générant des émissions de CO₂ difficilement substituables à court terme. Cela explique que le CCUS contribue également à 15 % des réductions d'émissions du secteur de l'acier dans le même scénario [1]. La capture cumulative dans l'acier à l'horizon 2060 est estimée à environ 10 GtCO₂, soit près du double de celle du ciment, car les volumes de production sont plus élevés [1].

Chimie et pétrochimie

C'est dans le secteur de la chimie que le CCUS joue son rôle le plus déterminant : il représente 38 % des réductions d'émissions du secteur, ce qui en fait le levier le plus important pour la décarbonation de la chimie selon l'AIE [1]. Cette position s'explique par la diversité et la complexité des procédés chimiques, qui génèrent souvent des flux de CO₂ relativement concentrés, notamment lors de la production d'ammoniac ou d'hydrogène à partir de combustibles fossiles, ce qui facilite techniquement le captage.

Une technologie déjà compétitive dans certains contextes

Au-delà de son rôle futur, le CCUS présente déjà aujourd'hui des atouts économiques concrets, notamment dans les secteurs où les flux de CO₂ sont naturellement concentrés et donc plus faciles à capter.

  • Dans certains procédés industriels, dont la production d'ammoniac, la fabrication d'hydrogène à partir de combustibles fossiles et le traitement du gaz naturel, le CCUS peut être déployé pour un coût aussi bas que 15 à 25 USD par tonne de CO₂ [1].

  • La montée en charge est déjà en cours : dans le scénario de l'AIE, la capture industrielle atteindra 0,3 GtCO₂ par an en 2030, puis 1,3 GtCO₂ par an en 2060 [1].

  • Si le CCUS était exclu des stratégies de décarbonation, le coût marginal d'abattement pour l'industrie en 2060 doublerait par rapport au scénario qui l'inclut [1]. Cela souligne son importance non seulement sur le plan environnemental, mais aussi économique.

Le CCUS dans un portefeuille de solutions : complémentarité, non exclusivité

Cela implique que le CCUS ne constitue pas une solution isolée. Il s'inscrit dans un ensemble d'approches complémentaires, aux côtés d'autres leviers de décarbonation.

Les secteurs dits hard-to-abate, c'est-à-dire les industries dont les émissions de CO₂ sont difficiles à éliminer par l'électrification ou les énergies renouvelables seules (en raison de procédés thermiques à très haute température ou de réactions chimiques inévitables), regroupent notamment le ciment, l'acier, la chimie, le transport lourd, la navigation maritime et l'aviation.

Pour ces industries, un portefeuille de solutions diversifié est nécessaire :

  • Le CCUS pour capter les émissions impossibles à éviter par d'autres moyens, notamment les émissions de procédé .

  • L'hydrogène bas carbone comme vecteur énergétique de substitution pour les procédés à haute température, là où l'électrification directe n'est pas encore envisageable.

  • L'efficacité énergétique pour réduire les volumes d'énergie consommée et, par conséquent, les émissions associées.

  • L'électrification, là où les technologies le permettent et où des sources d'énergie renouvelables sont disponibles.

Le rôle du CCUS dans la transition énergétique

Le secteur de l’énergie au sens large concentre l’essentiel des émissions mondiales, mais une part importante des émissions industrielles demeure particulièrement difficile à éliminer. Issue de procédés chimiques intrinsèques à la production de matériaux comme le ciment, l’acier ou les produits chimiques, cette composante échappe aux stratégies classiques fondées sur la substitution énergétique.

Dans ce contexte, le CCUS s’impose comme un levier complémentaire essentiel, capable de traiter ces émissions incompressibles et de contribuer de manière significative aux efforts de décarbonation industrielle. Son déploiement à grande échelle dépend toutefois du développement d’infrastructures adaptées, notamment en matière de transport et de stockage géologique du CO₂.

À mesure que les besoins en stockage augmentent, la connaissance du sous-sol devient un enjeu stratégique. Les formations géologiques ne sont plus seulement des ressources à exploiter, mais aussi des solutions à mobiliser dans la transition vers une économie bas carbone.

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