Une mine à ciel ouvert en Australie. Image: Wikicommons Calistemon
Et si on utilisait les résidus miniers pour « piéger » le CO2 ? Une voie naturelle et accessible qui pourrait séduire les entreprises minières.
Sur les parois de l’immense trou laissé par la mine d’amiante Jeffrey, à Val-des-Sources (anciennement appelé Asbestos), des coulées blanches visibles à l’œil nu se sont formées au fil des ans. Il s’agit de zones où le dioxyde de carbone de l’air a réagi chimiquement avec l’eau de pluie et la roche affleurant, et s’est minéralisé.
Ce processus naturel a inspiré l’équipe de Georges Beaudoin, à l’Université Laval. En favorisant cette réaction de « carbonatation », le chercheur veut permettre à des résidus miniers de capturer et d’emprisonner sous forme de roche des tonnes de CO2 atmosphérique. Le but : réduire indirectement l’empreinte carbone des entreprises minières et contribuer à la lutte contre le réchauffement climatique.
« Notre équipe de recherche a découvert que les résidus de l’exploitation du chrysotile dans le sud du Québec réagissent avec le CO2 de l’atmosphère pour former des carbonates de magnésium stables qui cimentent les particules de résidus miniers », détaille le géologue, titulaire de la Chaire de recherche industrielle CRSNG—Agnico-Eagle en exploration minérale.
C’est un phénomène désormais bien connu : en piégeant le gaz carbonique sous une forme rocheuse stable pendant des milliers d’années, certaines roches magmatiques (dites ultramafiques), riches en calcium ou en magnésium, ont un potentiel de séquestration immense.
Et ça tombe bien : ces roches sont en général celles dans lesquelles on trouve des gisements d’intérêt, comme des diamants ou des métaux tel que le nickel, le platine ou le cuivre. C’est aussi ce type de roche qui renferme l’amiante, anciennement exploitée au Québec mais délaissée en raison de ses effets sur la santé humaine. Accessibles en surface et déjà fragmentés, ces « déchets » miniers sont une aubaine pour retirer du CO2 de l’atmosphère sans avoir à l’injecter profondément sous terre.
Pour beaucoup d’experts, le stockage du CO2 dans les déchets miniers ultramafiques est donc une solution à la fois évidente et accessible, puisque 419 millions de tonnes de ces résidus sont mis à l’air libre chaque année dans le monde.
La réaction naturelle est peu optimale (la surface de contact entre les roches et l’air libre est limitée), mais elle est non négligeable. « On a estimé que la réaction de minéralisation du carbone capture naturellement et passivement 100 tonnes de CO2 par année dans le parc à résidus de la mine Black Lake [dans la région de Thetford Mines], alors que le potentiel total de capture est de 3 millions de tonnes de CO2 », illustre Georges Beaudoin, qui a conduit plusieurs études dans des mines québécoises, ainsi que dans le gisement de nickel Dumont à Amos (qui fait l’objet d’un projet minier d’envergure).
L’avantage de cette capture passive, c’est qu’elle ne nécessite pas de concentrer le CO2 au préalable, contrairement aux technologies de récupération du CO2 dans les fumées industrielles ; c’est l’air ambiant qui est « filtré » par la roche. Il n’y a donc pas de coût énergétique associé. En fait, de l’énergie est même produite et pourrait être récupérée : « la réaction de minéralisation est exothermique, elle libère de l’énergie sous forme de chaleur : on a découvert le phénomène il y a 15 ans car il y avait des évents d’air chaud dans les résidus qui faisaient fondre la neige à Thetford mines », raconte le géologue.
Seul hic, la réaction naturelle est plutôt lente. Pour accélérer les choses, l’équipe a étudié en laboratoire les conditions optimales pour que la minéralisation se produise. Les résidus doivent notamment être arrosés, car la réaction se produit en milieu humide. « Le magnésium de la roche est mis en solution par de l’eau interstitielle légèrement acide, qui peut dissoudre les minéraux », explique Georges Beaudoin. Le magnésium se combine ensuite à l’ion carbonate HCO3– (le CO2 dissous) et le tout précipite pour former des carbonates.
Pile de résidus d’une ancienne mine d’amiante à Thetford Mines (Black Lake). Image: Wikicommons – Miracle Mineral
Il est un peu tard pour réorganiser les résidus des mines d’amiante abandonnées, car le coût serait prohibitif et l’opération serait dangereuse, en raison de l’instabilité des empilements. Mais le processus pourrait intéresser de nouveaux projets miniers, croit Georges Beaudoin. « La façon la plus efficace serait de construire des parcs à résidus de manière à favoriser le processus naturel, par exemple avec des chemins de circulation d’air pour amener du CO2 à l’intérieur du parc à résidus. Il faut maintenant faire un projet de démonstration à l’échelle industrielle, et cela demande qu’un premier joueur prenne le risque. »
Les nouveaux chercheurs d’or
De l’autre côté du pays, le chercheur Greg Dipple de l’Université de la Colombie-Britannique, constate un intérêt croissant des industries minières pour ces techniques de capture. Il mène des projets expérimentaux de carbonatation sur des mines actives de diamants (en collaboration avec le groupe De Beers). Le gouvernement canadien soutient également ses travaux, à hauteur de 3,5 millions de dollars sur trois ans pour « verdir » les activités minières du nord. « Ces résidus ont le potentiel de capter la moitié de leur masse en CO2, mais évidemment ce serait coûteux et difficile d’atteindre un tel rendement. Il n’empêche, il y a suffisamment de roches ultramafiques à la surface de la Terre pour [inverser le réchauffement et] nous faire basculer dans un âge de glace », plaisante-t-il.
En 2019, son équipe a traité 250 kg de résidus broyés issus de la mine de diamants de Gahcho Kué dans les Territoires du Nord-Ouest, dans un réacteur expérimental de 6 mètres de long. Pour optimiser la carbonatation, les résidus ont été mis en contact avec de l’eau et des gaz riches en CO2 (concentration de 10%) similaires aux fumées rejetées par le générateur diésel qui alimente la mine.
« Pendant 44 heures, on injectait un litre de CO2 par minute et aucun CO2 ne ressortait du réacteur! », se réjouit Greg Dipple. La vitesse de réaction a été multipliée par 200 par rapport au processus naturel et les résidus ont été « cimentés » par le carbonate nouvellement formé.
Prochaine étape : le passage à l’échelle supérieure. « La prochaine expérience en 2022 se fera avec 150 tonnes de résidus, avec des tuyaux d’injection placés au fur et à mesure lors de l’empilement des résidus », explique le chercheur.
En parallèle, l’équipe tente d’identifier les roches les plus réactives et donc les plus efficaces pour emprisonner le CO2. « Le magnésium est distribué de façon très hétérogène. Certaines parties du gisement peuvent être 200 fois plus réactives que d’autres! Pour que l’opération soit plus rentable, il faut vraiment repérer les roches les plus intéressantes. C’est comme si nous cherchions des filons d’or, mais on cherche en fait des roches réactives au CO2! »
Greg Dipple est convaincu que les futures mines de nickel, notamment, pourront devenir carboneutres si elles ne traitent ne serait-ce que 20% de leurs résidus les plus réactifs, en récupérant leurs fumées diesel. Le tout à un prix relativement bas, inférieur à 50$ canadiens la tonne de CO2 capturée. « Si elles en traitent davantage, elles auront un bilan carbone négatif. C’est intéressant à l’heure où le nickel devient crucial pour fabriquer les voitures électriques, notamment. Cela permettrait de réduire l’empreinte carbone de toute la filière », conclut-il.