Séquestration du carbone couplée à la récupération de l'énergie géothermique

Le projet a permis de faire le suivi du processus de minéralisation du carbone dans un parc à résidus miniers, à l’échelle industrielle. Il s’agit de la seule expérience du genre à avoir été entreprise dans le monde. Le projet a permis de faire un forage dans une pile de résidus miniers à la mine Black Lake de Thetford Mines. Le forage de 92 m de profondeur a été instrumenté avec des sondes pour mesurer la température et de tubes d’échantillonnage des gaz à différentes profondeurs dans le forage. Le forage a été carotté, et la minéralogie, la teneur en carbone et les propriétés pétrophysiques des échantillons de résidus miniers partiellement cimentés par le processus de minéralisation du carbone ont été caractérisés. Depuis l’installation du puits d’observation en 2016, nous enregistrons en continu la température, la pression différentielle et la concentration en CO2 dans l’air interstitiel de la pile de résidus. Nous avons aussi mesuré périodiquement la composition isotopique du carbone du CO2 dans l’air interstitiel. Une station météo enregistre en continu les conditions environnementales sur le site du puits d’observation. De plus, nous avons effectué un levé géophysique (diagraphie en résistivité électrique et susceptibilité magnétique) dans le puits, et des levés géoradar et gravimétrique en surface de la pile de résidus.

Le projet nous permet de démontrer pour la première fois, que le processus de minéralisation du carbone se produit à l’intérieur d’un parc à résidus miniers à l’échelle industrielle. Nous avons documenté une augmentation de la teneur en carbone dans les résidus miniers, et identifié les minéraux carbonatés qui ont incorporé de manière permanente le carbone dans leur structure cristalline. Nous avons aussi démontré que la minéralisation du carbone modifie les propriétés pétrophysiques de résidus miniers, en réduisant leur susceptibilité magnétique tout en augmentant leur résistivité électrique, ce qui permet d’envisager une détection à distance, et un suivi, par des méthodes géophysiques. Le puits instrumenté nous a permis de démontrer que la pile de résidus fonctionne selon deux régimes dynamiques dictés par la température ambiante. En saison chaude, la pression interne de la pile de résidus est inférieure à celle de l’air ambiant, ce qui provoque l’entrée d’air, contenant environ 400 ppmv de CO2: la pile inhale l’air ambiant. En saison froide, la pression interne de la pile augmente et la pile expulse alors de l’air interne: elle exhale. L’air dans la pile de résidus miniers est toujours appauvri en CO2 par rapport à la composition de l’atmosphère, en raison du processus de minéralisation du carbone qui consomme le CO2 gazeux plus rapidement que l’apport naturel à partir de l’atmosphère. De plus la réaction de minéralisation du carbone est exothermique, elle libère de l’énergie sous forme de chaleur, causant une anomalie thermique. Le suivi de la température dans le puits d’observation nous a permis de documenter le profil thermique du parc à résidus ainsi que l’évolution de sa température interne. Le profil thermique montre 2 régimes, un premier de la surface à environ 50 m de profondeur montre un régime thermique normal de 18°C/km, tandis que la portion plus profonde montre un gradient thermique de 42°C/km, beaucoup plus élevé que le gradient thermique local de 27°C/km, consistent avec la production de chaleur interne. De plus, le suivi de la température montre augmentation de 1,2°C sur la période d’observation, consistent avec la production continue d’énergie par les réactions exothermiques de minéralisation du carbone. Des simulations numériques montrent qu’une source de chaleur de 0,4 mW/m3 permet de reproduire la structure thermique du parc à résidus miniers.