1Le sol et le sous-sol sont des lieux où les variations de température et d’hygrométrie* sont faibles, favorables à la conservation dans le temps des produits stockés. Le stockage souterrain n’est pas là pour cacher mais bien pour conserver, voire protéger ou sécuriser. Les stockages industriels concernent des déchets* mais aussi des ressources. Les déchets ultimes sont des résidus de traitement qui peuvent être dangereux et toxiques à court ou long terme. Ils ne sont pas valorisables dans l’immédiat et doivent donc être confinés. C’est le cas des déchets radioactifs, classés en fonction de leur activité et de leur période*. Cependant la qualification de « déchet » est tributaire de l’état des technologies du moment et les déchets HAVL (haute activité, vie longue) du cycle du nucléaire pourraient devenir valorisables quand les technologies de retraitement seront efficaces et rentables (cf. I.9). Dès aujourd’hui, le CO₂ est considéré parfois comme un résidu, parfois comme une ressource pour les industries alimentaire, chimique ou pétrolière. Le sous-sol permet également de stocker de l’énergie (hydrocarbures, hydrogène, air comprimé), ou des calories (eau chaude). La France, par choix stratégique et par opportunité, est le pays dont la capacité de stockage de gaz est la plus importante d’Europe de l’Ouest (24 %), représentant plus de 80 jours de réserve.

Où stocker ?

2La localisation d’un stockage dépend non seulement des caractéristiques du sous-sol, mais aussi de l’état et de la toxicité du produit stocké. Pour isoler les déchets radioactifs ou chimiques d’arrivées d’eau potentielles, il faut choisir des formations imperméables (argilites, marnes, sels, granites). Tandis que pour des stockages saisonniers de gaz ou d’hydrocarbures liquides, l’utilisation des roches peu perméables d’anciennes cavités (mines), ou de nouvelles cavernes créées en roches peu perméables, est plus indiquée. Des fluides (gaz, eaux) sont injectés dans des aquifères* ou des réservoirs naturels d’hydrocarbures en fin de vie. Le CO₂ pourrait être stocké par minéralisation dans des roches volcaniques, et par adsorption* dans des veines de charbon. L’injection de CO₂ dans des réservoirs de pétrole en fin de vie peut aussi améliorer la récupération d’hydrocarbures. Ce procédé permettrait de réduire les émissions atmosphériques de CO₂ tout en accroissant la production de ressources énergétiques. La profondeur d’un stockage dépend de la localisation de la roche cible, de l’éloignement à la biosphère et de l’état du produit stocké. Ainsi, le CO₂ est stocké à l’état supercritique* (T > 31°C, P > 74 bar) pour que son volume molaire* soit faible.

3Ces conditions de pression imposent un stockage à plus de 800 mètres de profondeur.

Pour combien de temps ?

4Des phénomènes naturels (tremblements de terre, formations de karsts*, fontis*, dissolution, glissements de terrain, érosion) ou anthropiques* (sismicité induite*, poids des ouvrages sus-jacents, pression de l’eau) peuvent affecter le stockage souterrain à l’échelle de la dizaine ou de la centaine d’années. La durabilité du produit stocké peut conditionner la durée du stockage. Ainsi, les déchets radioactifs à vie longue nécessitent un stockage pérenne sur des durées supérieures à la période des produits de fission, qui varie de plusieurs années (31 ans pour le césium 137) à plusieurs millions d’années (18 Ma pour le palladium 107). La durée du stockage doit intégrer ainsi l’évolution avec le temps de la toxicité du produit stocké. De même, la durée de vie de certaines impuretés (SO_x, NO_x, O₂, H₂S, métaux) co-injectées avec le CO₂ en réservoirs géologiques profonds varie en fonction de la chimie du milieu. Les propriétés redox* et de pH* des roches réservoirs peuvent rendre inertes ces sous-produits.

5La durée du stockage peut néanmoins varier au cours du temps en fonction de la possibilité de réutilisation des produits stockés par l’acquisition de nouvelles propriétés qui n’étaient pas envisagées initialement. Cette potentialité est à l’origine du concept de « réversibilité ». Cette notion s’applique plus difficilement au stockage de CO₂, pour lequel 80 % du gaz injecté peut être récupéré, au mieux. En effet, il restera toujours du CO₂ dissous dans les fluides du réservoir (eau, hydrocarbures), adsorbé sur les charbons ou les argiles, ou piégé dans les pores de la roche. Mais une durée longue n’est pas toujours recherchée, ainsi les stockages de gaz de ville sont saisonniers : les sites sont des réservoirs tampons saturés en été, puis vidés en hiver quand les besoins énergétiques sont importants en climat tempéré.

Quelles incidences sur le milieu ?

6L’activité de stockage peut affecter la roche-cible, les niveaux sus-jacents, les aquifères*, le sol, la biosphère et l’atmosphère. Il faut aussi prendre en compte les ouvrages, leur stabilité avec le temps et leur interaction avec le milieu. Ces ouvrages sont des points de faiblesse imposés à la roche : excavation des galeries de mines avec aération, puits de type pétrolier recoupant les formations de couverture*. Un puits, s’il est mal cimenté ou s’il est corrodé, peut devenir un drain vers la surface permettant des remontées de fluides (CO₂, gaz, eaux). Les risques majeurs des opérations de stockage sont mécaniques (fracturation, surpression fluide) et chimiques (contamination des aquifères et des sols, impacts sur le vivant). Ces incidences peuvent être brutales (fuite majeure au niveau du puits, fontis) ou diffuses dans l’espace et le temps (diffusion de toxiques, mouvements de fluides contaminés par les pores des roches ou les fractures préexistantes, cf. IV.17).

7Ce sont des analyses de risques reposant sur des méthodes analytiques, empiriques, basées sur l’observation et sur des modèles réduits qui permettent de valider les opérations de stockage de déchets comme de ressources. Les stockages saisonniers de gaz et les stockages souterrains de déchets chimiques sont opérationnels depuis plusieurs dizaines d’années. Des pilotes de stockage de déchets nucléaires ou de CO₂ sont testés depuis 15 ans et pourraient être validés pour un développement industriel dans les prochaines années. Les stockages d’hydrogène ou d’air comprimé sont encore prospectifs. Certains stockages de chaleur sont d’ores et déjà opérationnels et seront peut-être couplés demain à d’autres opérations de stockage (CO₂, H₂…).