Selon une étude de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST), le CO2 dans les profondeurs de la Terre pourrait être plus actif qu’on ne le pensait et avoir joué un rôle plus important dans le changement climatique que les scientifiques ne le savaient auparavant.
La recherche, dirigée par le professeur Pan Ding, s’est penchée sur la dissolution du CO2 dans l’eau, ce qui a des implications importantes sur les moyens de réduire le retour du carbone du sous-sol vers l’atmosphère.
La grande majorité du carbone de la Terre est enfouie à l’intérieur. Ce carbone profond influence la forme et la concentration de carbone près de la surface, ce qui peut à son tour avoir un impact sur le climat mondial au fil du temps géologique. Il est donc important d’évaluer la quantité de carbone qui se trouve dans des réservoirs profonds à des centaines de kilomètres sous terre.
« Les recherches existantes se sont concentrées sur les espèces de carbone au-dessus ou à proximité de la surface de la Terre. Cependant, plus de 90 % du carbone de la Terre est stocké dans la croûte, le manteau et même le noyau, ce qui est mal connu », a expliqué le professeur Pan.
En utilisant des simulations de premiers principes en physique, son équipe a découvert que le CO2 pourrait être plus actif qu’on ne le pensait auparavant dans le cycle du carbone profond de la Terre, qui influence largement le transport du carbone entre les réservoirs profonds et proches de la surface de la Terre.
Selon l’étude, confiner le CO2 et l’eau dans des minéraux nanoporeux appropriés peut améliorer l’efficacité du stockage souterrain du carbone. Il suggère que dans les efforts de capture et de stockage du carbone, la transformation du CO2 avec de l’eau en roches sous nanoconfinement offre une méthode sûre pour stocker en permanence le carbone sous terre avec un faible risque de retour dans l’atmosphère.
Les résultats ont été publiés récemment dans la revue Communication Nature.
« La dissolution du CO2 dans l’eau est un processus quotidien, mais son omniprésence dément son importance. Elle a de grandes implications pour le cycle du carbone terrestre, qui affecte profondément le changement climatique mondial au fil du temps géologique et la consommation d’énergie humaine », a déclaré le professeur Pan.
« C’est un pas en avant important pour comprendre les propriétés physiques et chimiques inhabituelles des solutions aqueuses de CO2 dans des conditions extrêmes. »
Des études antérieures se sont concentrées sur les propriétés du carbone dissous dans des solutions en vrac. Mais dans la Terre profonde ou le stockage souterrain du carbone, les solutions aqueuses sont souvent confinées à l’échelle nanométrique dans les pores, les joints de grains et les fractures des matériaux terrestres, où le confinement spatial et la chimie de l’interface peuvent rendre les solutions fondamentalement différentes.
« Les fluides contenant du carbone peuvent être aussi profonds que des centaines de kilomètres, ce qui est impossible à observer directement. Expérimentalement, il est également très difficile de les mesurer dans des conditions de pression-température extrêmes trouvées dans les profondeurs de la Terre », a-t-il déclaré.
Le professeur Pan est professeur agrégé de physique et de chimie à l’université. L’équipe comprend également les doctorants Nore Stolte et Rui Hou. Ils ont effectué des simulations pour étudier les réactions du CO2 dans l’eau en nanoconfinement.
En comparant les solutions de carbone nanoconfinées par le graphène, une couche atomique de graphite et la stishovite – un cristal de SiO2 à haute pression – avec celles dissoutes dans des solutions en vrac, ils ont découvert que le CO2 réagissait davantage en nanoconfinement qu’en vrac.
La recherche ouvre la voie à des études sur des réactions plus complexes du carbone dans l’eau de la Terre profonde, telles que la formation de diamants, l’origine abiogénétique du pétrole et même la vie profonde. Dans la prochaine étape de l’étude, l’équipe espère explorer si le carbone peut réagir davantage pour former des molécules plus complexes comme la matière organique.
Le professeur Pan développe et applique des méthodes informatiques et numériques pour comprendre et prédire les propriétés et le comportement des liquides, des solides et des nanostructures à partir des premiers principes. À l’aide de superordinateurs à haute performance, son équipe cherche des réponses à des questions scientifiques urgentes et fondamentales liées au développement durable, telles que la science de l’eau, le cycle profond du carbone et l’énergie propre.
Plus d’information:
Nore Stolte et al, Le nanoconfinement facilite les réactions du dioxyde de carbone dans l’eau supercritique, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-33696-w