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CO₂ : solide, liquide, gaz, supercritique ?

Le CO₂ se présente sous plusieurs états (gaz, liquide, solide, supercritique). Le schéma suivant indique cet état en fonction de la température et de la pression [1].

•Point triple T : Température -56,56 °C / Pression 5,1867 bar

•Point critique C : Température 31,06 °C / Pression 73,83 bar / Masse volumique 468,19 kg/m³

L'injection au niveau de Grandpuits dans la nappe du Dogger conduit à une température de l'ordre de 80°C et à une pression voisine de 180 bars. Le CO₂ est alors dans un état supercritique : le point critique est largement dépassé. Sa masse volumique est inférieure à celle de l'eau : il se place localement au-dessus de la nappe d'eau saline.

masse molaire du CO₂ : 44 g / masse molaire moyenne de l'air : 29 g

densité du CO₂ gazeux par rapport à l'air : 1,51

Rapport CO₂ gazeux à CO₂ supercritique : 22,4 x 1 000 000 /(1 000 x 44)

1 tonne de CO₂ supercritique = 509 m³ de CO₂ gazeux conditions normales - 1 million de tonnes enfouies/an représentent plus de 500 millions de m³ de CO₂ gazeux/an

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Solubilité du CO₂ dans l'eau

La solubilité désigne la concentration massique maximale en CO₂ dissous.

La référence [1] présente les divers états du CO₂ lorsqu'il se trouve mélangé à l'eau.

Le dioxyde de carbone est un gaz faiblement soluble dans l'eau. Il peut se trouver sous 3 formes :

- sous forme de molécules : CO₂(aq)

Ce CO₂ aqueux réagit alors avec l'eau pour former des hydrogénocarbonates

CO₂(aq) + H₂O <-> HCO₃^-(aq) + H⁺(aq) (1)

- sous forme d'ions Hydrogénocarbonate qui acidifient l'eau

Ces ions Hydrogénocarbonate se dissocient eux-mêmes avec l'eau pour former des carbonates

HCO₃^-(aq) + H₂O <-> CO₃^2-(aq) + H⁺(aq) (2)

- sous forme d'ions Carbonate qui acidifient l'eau

Ces différents ions sont présents en concentration variable en fonction du pH (acidité du milieu). Dans le cas de l'eau de mer, la répartition est la suivante [1] :

La solubilité d'un gaz dans un liquide diminue avec la température et s'accroit avec la pression. Ceci se traduit par la loi de Henry ainsi : la fraction molaire du CO₂ dans l'eau est proportionnelle à la pression partielle de CO₂

C = H.P où H désigne le coefficient de Henry - coefficient fonction de la température

A la pression atmosphérique, la solubilité s'établit selon :

Ces considérations sur la solubilité du CO₂ dans l'eau sont fondamentales. Elles interviennent à deux niveaux :

1. elles définissent les conditions des équilibres chimiques de l'absorption du CO₂ dans l'eau du Dogger d'une part, et de la désorption du CO₂ dans l'air lorsque la nappe du Dogger repasse au contact de l'air d'autre part.

2. l'eau constituant le solvant du sang, elles expliquent l'acidification du sang au contact d'un surcroit de concentration de CO₂ dans les poumons et par conséquent sa toxicité.

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autres réactions chimiques

Les réactions chimiques du CO₂ avec la matière ne se limitent pas à la solubilité dans l'eau. Nous n'abordons pas ici, par exemple, les réactions avec les divers minéraux rencontrés lors de la migration de la nappe acidifiée du Dogger jusqu'à la surface du sol. Pour se faire, il serait déjà nécessaire de connaître ces minéraux, ainsi que les conditions pression/température où ils se trouvent.

Les polluants du CO₂ non éliminés totalement lors de traitements préalables avant injection contriburaient aussi à la pollution de la nappe du Dogger.

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