Brevet FR3052366A1 — publié le 20171215

Procédé de séquestration de dioxyde de carbone par itbn des excréments animaux et humains à la surface des océans Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de la séquestration de dioxyde de carbone par la création d'efflorescences (blooms) dans les océans par la dilution des excréments animaux et humains à la surface des océans. Art antérieur Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre responsable du réchauffement climatique. Sa concentration dans l'atmosphère a considérablement augmenté du fait de l'utilisation toujours croissante d'énergies fossiles pour les besoins énergétiques de l'humanité. Les océans représentent le puits de carbone le plus important de la planète en ce qu'ils sont capables d'absorber une quantité importante du dioxyde de carbone de l'atmosphère, en particulier grâce' à la dissolution du dioxyde de carbone sous forme d'ions bicarbonates HCO3- et grâce au développement de phytoplancton et plus généralement de biomasse. Le phytoplancton se développe à la surface des océans à des profondeurs où la lumière du soleil est encore accessible appelée zone photique et utilise le dioxyde de carbone pour sa photosynthèse. Il est nécessaire au développement de la biomasse marine étant donné qu'il est le premier chainon de la chaîne alimentaire marine et produit du dioxygène. Un stockage à long terme du carbone se produit notamment quand de la biomasse morte coule au fond des océans. En effet, on estime que le cycle de circulation thermo-haline peut prendre 1000 à 1500 ans pour une molécule d'eau. Cependant, plusieurs phénomènes d'origine anthropomorphique tendent à causer une diminution de l'absorption du dioxyde de carbone de l'atmosphère par les océans. D'une part, l'acidification des océans diminue la solubilité du dioxyde de carbone sous forme d'ions bicarbonates HCO3-. Plus précisément, il a été estimé qu'entre 1751 et 2004, le pH des eaux superficielles des océans est passé d'une valeur moyenne de 8,25 à une valeur moyenne 8,14. D'autre part, la surexploitation par l'Homme dçs ressources halieutiques d prevegne l'appauvrissement de la zone photique en pup-iments et en phytoplancton. Différentes techniques de l'art antérieur ont été développées pouf séquestrer 414r#Iemnt le dioxyde de carbone par de la biomasse végétale- l e dQq.iment de brevet amériçain't f,Q5C,919 décrit notamment une méthode de fertilisation dune zone de surface de l'océan par ajout de complexes du 1 3052366 fer, voire d'autres substances contenant en particulier de l'azote ou des phosphates, comme U52010210005 (A1), qui propose de relâcher de l'urée, afin de provoquer le développement du phytoplancton et donc l'absorption de carbone par ce phytoplancton et par la biomasse consommant ce phytoplancton. 5 Un inconvénient de ces techniques est que les matières ajoutées sont de nature synthétique et nécessitent a priori la transformation et le conditionnement de certaines matières premières, ce qui diminue leur bilan carbone total et pose question de la possibilité de dérèglements locaux du fait de concentrations anormalement différentes de celles rencontrées naturellement. D'autre part, ces matières ajoutées ont un coût. 10 Le déversement des boues d'épuration a été maintes fois utilisé de par le passé et était une pratique courante jusqu'à l'avènement de la Convention de Londres sur la prévention de la pollution des mers en 1972, après laquelle la plupart des pays ont diminué puis arrêté cette pratique. Il semble que cet état de fait ait empêché de voir le potentiel des déchets biodégradables, et en particulier des déjections animales et humaines comme fertilisant des océans et moyen de capture de carbone. La 15 présente invention se base sur le fait que la convention de Londres n'a pas fermé la porte au programme de fertilisation des océans, mais fait part de ses critiques en ce qui concerne les possibles déséquilibres environnementaux qui pourraient en découler. Dans nombre d'endroits, des moyens de traiter les quantités et concentrations d'excréments humains et animaux ne sont pas en place et les moyens actuels de traitements sont trop onéreux pour 20 être envisagés à court terme. Ces déchets, bien que non toxiques en eux mêmes se retrouvent accumulés en concentrations toxiques pour la vie oxygénée et sont aussi l'occasion de développements bactériens ayant souvent des conséquences pour les populations avoisinantes. Dans les endroits où un traitement des égouts est pratiqué, il est souvent soumis à une floculation puis décanté avant d'être digéré bactériologiquement, en milieu aérobie ou anaérobie. Ceci a 25 pour effet de réduire la masse de solides à transférer, mais émet des gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone et le méthane. De plus, les bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes rejettent l'azote organique sous forme gazeuse. De ce fait, le nutriment principal permettant la création de biomasse et la fixation biologique de carbone dans de la biomasse primaire disparait. Il faudra ensuite le synthétiser à partir de produits pétroliers. Finalement, les eaux traitées restent riches en nutriments rejetés dans les 2 3052366 rivières qui les transporteront vers la zone côtière où ils `usent par s'accumuler et profitent à une biomasse algale devenant parfois envahissante et néfaste, en particulier lors de sa décomposition. Objectifs de l'invention L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients ci-dessus énoncés. 5 Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer un procédé de séquestration du dioxyde de carbone permettant la croissance de phytoplancton et plus généralement de biomasse dans la zone photique des océans. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de séquestration du dioxyde de carbone simple et peu coûteux. 10 Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de séquestration du dioxyde de carbone qui utilise de la matière première encombrante occasionnant des coûts directs et indirects sur terre du fait de sa concentration. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de séquestration du carbone respectueux de l'environnement. 15 Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de séquestration du carbone qui fait un meilleur usage des ressources que nous avons en évitant un gaspillage inutile de nutriments. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de séquestration du carbone permettant de développer/restaurer la biomasse végétale et/ou la biomasse animale océaniques. 3 3052366 DESCRIPTION DE L'INVENTION L'inventeur a exploité l'idée connue de l'art antérieur de séquestration du dioxyde de carbone en faisant couler de la biomasse au fond d'une mer. L'inventeur a aussi exploité l'idée connue de l'art antérieur de séquestration du dioxyde de carbone par la distribution de nutriments en zone photique 5 pour permettre le développement de phytoplancton et plus généralement de biomasse. L'invention exploite aussi le fait que les excréments animaux sont le ferment de la vie sur terre et que seule leur concentration est néfaste, et le fait que les volumes d'eau des océans et les processus naturels qui y ont lieu permettent la dilution de concentrations ponctuelles d'éléments ajoutés. L'invention utilise aussi le fait que les bactéries présentes en eau douce sont pour la plupart tuées en milieu salin, et le fait qu'elles 10 sont aussi sensibles au rayonnement UV du soleil. De plus ce rayonnement UV est souvent un catalyseur pour la dégradation de nombre de molécules de synthèse. Le procédé comprend : -une étape de collecte des boues primaires d'origines animales ou humaines - éventuellement une étape de traitement en particulier un dégrillage et un tamisage 15 - une étape de chargement à bord d'un navire. - éventuellement une étape de modélisation - une étape de transport vers une zone indiquée -une étape de dilution et d'épandage des boues à la surface des océans -éventuellement une étape de monitoring de l'efflorescence provoquée 20 Description détaillée de l'invention On entend par boue d'épuration d'origines animales ou humaines la partie la plus solide et la plus concentrée des égouts urbains ou les déjections animales en particulier en provenance d'élevages et de fosses septiques. Il est préférable d'utiliser des sources municipales dans lesquelles peu de rejets 25 provenant d'industries ont été mélangés, afin d'éviter tout produit nocif pour l'environnement. Selon un mode de réalisation particulier, les égouts provenant de zones résidentielles sont captés dans des fosses avant même d'arriver à la station d'épuration ou d'être mélangés à des rejets industriels. 4 3052366 Selon un mode de réalisation préférentiel, les boues sont sotiriiises à un prétraitement primaire en particulier un dégrillage et un tamisage. Il est à noter que, de plus, ces boues sont concentrées, le plus important est leur teneur en nutriments et ainsi leur potentiel de captage de carbone par création de biomasse. Ceci rend le procédé d'autant plus économique. Une séparation aussi complète que 5 possible de la phase solide et de la phase liquide par décantation ou centrifugation est donc la bienvenue. Les boues considérées sont donc une source de nutriments contenant à priori une quantité limitée de molécules de synthèse qui n'aurait pas déjà été traitée par un organisme vivant. Bien que certaines plantes, telles les légumineuses, abritent des bactéries qui leur fournissent de l'azote minéral à 10 partir de l'azote atmosphérique, c'est majoritairement la synthèse industrielle des engrais qui permet le développement de la biomasse dans les champs. Dans une optique de séquestration de carbone, en particulier dans de la biomasse, il est improductif de faire dégazer l'azote comme dans les méthodes de traitements des eaux usées traditionnelles et il est préférable de le réutiliser, en particulier en le dispersant pour qu'il soit recyclé par les procédés biologiques naturels qui capteront du carbone 15 atmosphérique. L'homme de science appréciera qu'il n'y avait que très peu d'azote minéral sur terre initialement du fait de sa dissolution dans l'eau et de son ruissellement par gravité vers les océans. Historiquement parlant, tout l'azote organique composant la biomasse animale et végétale terrestre était dispersée à la surface de la terre contre la loi de la gravité et provenait des océans. Ceci a été 20 effectué par les animaux qui s'adaptant au milieu terrestre fertilisèrent les berges et les plages de leurs excréments ou par décomposition de leurs corps. Ensuite, les plantes s'étant adaptées au milieu terrestre ont permis la fixation géographique de cet azote minéral en azote organique prêt à être consommé. Cet azote fut ensuite incorporé de nombreuses fois dans des animaux et des plantes et redistribué à la surface de la terre pour perpétuer le cycle et permettre l'expansion de la biomasse 25 terrestre. En plus de l'azote, cette méthode permet aussi le transport d'autres nutriments dans des proportions relatives propres au développement de la vie. Le transport des nutriments semble donc être une des fonctions primaires des animaux terrestres et leurs excréments sont le ferment de la biomasse terrestre qui continuellement se retransforme, se recrée et évolue. Ce procédé est par ailleurs bien connu et utilisé en agriculture, l'épandage de lisier ou de guano 30 ou l'utilisation de bouses de vache comme engrais étant des pratiques répandues. Ceci dit, l'azote contenu dans le sol finit par être dissous par l'eau et emporté par ruissellement dans le cas où il n'est 5 3052366 pas utilisé par un autotrophe. De ce fait il se retrouve dans les eaux des rivières, des lacs ou de la zone côtière, où il se concentre et n'est pas utilisé de manière optimale par les procédés biologiques. Souvent, ceux-ci consomment tout l'oxygène disponible par des réactions d'oxydations et de décomposition, causant la mort des espèces présentes. Le milieu passe en mode anaérobie, ou les 5 bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes se chargent de dégazer l'azote en diazote, ce qui est improductif dans l'optique de la capture de carbone comme démontré plus haut. Dans la présente invention, nous proposons de répandre ces boues en mer. Ceci dit, vu que la zone côtière est souvent saturée en nutriment, les apports doivent être effectués au large, où les nutriments font défaut. 10 Pour ce faire, un navire est chargé avec les boues. Selon un mode de réalisation particulier, les boues sont stockées dans des cuves à proximité d'un port, avec des stations de pompages pour charger les navires. Ceci assouplit la logistique et donne un temps de décantation supplémentaire pour les boues. Le navire se déplace vers le large dans une zone indiquée. 15 Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, cette zone est déterminée par un modèle numérique qui prend en compte la géographie, la météorologie ainsi que les courants marins pour que les additions de nutriments se fassent à l'endroit optimal. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, une fois dans la zone indiquée, le navire fait route en travers du vent tout en diluant et en déversant les boues alors qu'il se déplace, les 20 turbulences occasionnées par les hélices permettant une dilution encore plus importante des rejets. Le vent, qui vient de travers étalera ce trait initial dans sa largeur et permettra une dilution en surface des fortes concentrations initiales. Il est notable que la dilution à la surface des océans de nutriments est plus productive que son épandage sur terre car les nutriments sont en suspension dans le milieu de culture et restent disponibles pour le phytoplancton, alors que sur terre, ceux-ci sont finalement 25 emportés par les eaux de ruissellement vers la zone côtière. A la surface des océans, le phytoplancton sera consommé par le zooplancton et celui-ci par les poissons. Les déjections de tous ces animaux se retrouvent dissous dans l'eau et du fait de leur mobilité les nutriments se retrouvent à nouveau répartis à la surface des océans. Ceci réalimente le cycle jusqu'à ce que la concentration en nutriments atteigne une valeur à laquelle un équilibre s'établit entre la naissance de nouveaux organismes et leur mort et 6 3052366 décomposition. Les restes denses des organismes morts tombent dans les profondeurs marines, séquestrant du carbone. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les boues sont diluées en fonction des conditions locales de brassage, déterminées par la météorologie, les courants marins et de la vitesse du 5 navire afin d'obtenir rapidement des concentrations en matière organique avec une demande chimique faible en oxygène. Des zones avec une demande chimique en oxygène élevée ne seraient que temporaires, et il est important de noter que hormis le plancton, les organismes marins évoluant dans ces zones pourraient facilement en sortir, ne se trouvant pas piégés comme ils le sont dans les baies des zones côtières. 10 Le traitement des eaux usées comprend généralement une étape de traitement bactérien afin de ne pas relâcher des agents pathogènes dans les rivières qui sont potentiellement des sources d'eau potable. La plupart des bactéries présentes en eau douce ne survivent pas en milieu salin, ce qui diminue grandement les risques associés à ces agents pathogènes quand les boues primaires sont relâchées en mer. 15 Une technique éprouvée de traitement bactérien est l'exposition à un rayonnement UV. Ce rayonnement est important à la surface des océans, en particulier dans les zones tropicales. De puissance réduite par rapport au procédé industriel, l'exposition aux UV solaires sera vraisemblablement beaucoup plus longue. Il est donc tout à fait improbable que les conditions soient réunies pour qu'un agent pathogène éventuel prospère dans le milieu où il aurait été relâché. D'ailleurs de tels incidents 20 n'ont pas été reportés lorsque les boues d'épuration étaient déversées en mer, même si souvent, ces boues n'étaient pas relâchées très loin des côtes. Selon un mode préférentiel de l'invention, les efflorescences provoquées peuvent être détectées en consultant les images satellites de chlorophylle rendues disponibles par différentes institutions. Ceci permet de vérifier les résultats des modèles numériques utilisés selon un autre mode 25 préférentiel de cette invention et ainsi de les améliorer. Ceci permet aussi d'évaluer la quantité de carbone séquestrée en regardant la durée, l'étendue et la concentration des efflorescences créées. Avec l'expérience, les modèles numériques pourront évaluer la quantité de carbone séquestrée à partir de données telles que la qualité et la composition chimique des effluents, leur quantité, l'endroit, la saison etc... 30 Ce procédé peut aussi être utilisé pour la création et la vente de crédits carbone. 7 REVENDICATIONS1. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone caractérisé en sce comprend : - une étape de collecte des boues primaires d'origines animales ou humaines - une étape de chargement à bord d'un navire. - une étape de transport vers une zone indiquée - une étape de dilution et d'épandage des boues à la surface des océans 2. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites boues primaires proviennent de cuves aménagées pour ne recevoir que les égouts d'une zone résidentielle en court-circuitant le transport vers la station d'épuration et le mélange avec les rejets industriels. 3. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdites boues primaires sont dégrillées et tamisées avant d'être stockées dans des cuves permettant la décantation desdites boues à proximité d'infrastructures portuaires. 4. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdites boues sont chargées sur ledit navire par pompage à partir de ces cuves 5. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que lesdites boues sont diluées et déversées au large, loin de la zone côtière dans les endroits où les nutriments font défaut. 6. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la destination du navire est déterminée par une simulation numérique tenant en compte le géographie, les conditions météorologiques, les courants marins et les résultats antérieurs, en se basant 9 3052366 en particulier sur les données satellites de détection de chlorophylle pour optimiser la création d'efflorescence. 7. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en 5 ce que la dilution initiale est déterminée par une simulation numérique tenant en compte la géographie, les conditions météorologiques, les courants marins, le débit du rejet de la mixture, la vitesse du bateau et les résultats antérieurs, en se basant en particulier sur les données satellites de détection de chlorophylle pour optimiser la création d'efflorescence. 10 8. Procédé de séquestration de dioxyde de carbone selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la quantité de carbone séquestrée est déterminée par l'étude des efflorescences (blooms) créées en se basant sur des images satellites ou des campagnes de données océanographiques. 10