L’hydrogène naturel, nouvel eldorado ?

L’hydrogène naturel, nouvel eldorado ?

De plus en plus d’entreprises s’investissent dans l’exploration d’hydrogène naturel. Si les preuves de sa présence en abondance sur Terre se multiplient, un long chemin reste à parcourir pour en connaître tout le potentiel.

Depuis 2012, au Mali, une unité pilote exploite un réservoir sous-terrain d’hydrogène naturel. Mis en place par la société Hydroma, cette unité alimente en électricité, sans discontinuité depuis 10 ans, l’ensemble des habitants du village de Bourakébougou. 

Si cette expérimentation fait aujourd’hui figure d’exception, elle prouve que l’hydrogène naturel trouvé dans le sous-sol pourrait être une solution sérieuse pour produire de l’électricité décarbonée. Simple curiosité géologique il y a quelques années encore, ce gaz suscite aujourd’hui un intérêt croissant. Et de plus en plus de startups se lancent dans l’aventure. 

 

L’hydrogène naturel a tout bon

A la différence des autres sources industrielles d’hydrogène brun, gris, vert, jaune ou bleu, l’hydrogène naturel ne nécessite pas d’apport en énergie ni d’infrastructures massives (fermes solaires ou champs d’éoliennes). Il est très probablement renouvelable à l’échelle d’une vie humaine (il se régénèrerait en permanence), il pourrait être produit localement, il n’émet pas de COet ne nécessite pas d’eau. Cerise sur le gâteau : évalué entre 0,5 et 1,25 dollar par kilo, son prix ne dépendra pas des cours de l’électricité et devrait rester nettement plus bas que les autres. Selon l’IAE (Agence Internationale de l’Énergie), l’hydrogène vert coûterait 3 à 8 $ le kilo, l’hydrogène bleu 1 à 2 $ et l’hydrogène gris 0,5 à 1,5 $. 


L’Australie et les États-Unis en tête

Avec une géologie propice à la production d’hydrogène naturel et un environnement économique favorable au développement des énergies renouvelables, c’est sans surprise que les projets se multiplient en Australie. Dans l’état d’Australie méridionale (South Australia, SA), le nombre de permis d’exploration demandés ou obtenus a littéralement explosé ces deux dernières années, passant de zéro début 2021 à près de 20 à ce jour. Les projets sont portés par une dizaine d’entreprises dont Gold Hydrogen, H2EX, HyTerra et 2H Resources, et couvrent aujourd’hui 570 000 km2 soit près d’un tiers de la surface de l’Australie méridionale.

Aux États-Unis, les projets d’exploration se mettent en place progressivement. Desert Mountain Energy vient de terminer le forage du champ Mc Cauley en Arizona; c’est la première après Hydroma à avoir atteint ce stade. La startup Cemvita Factory a annoncé au mois d’avril 2022 le lancement d’un projet-pilote dans ses installations du Colorado. De son côté, HyTerra a commencé à forer au Kansas. Elle vient d’acquérir Neutralysis, une société australienne qui détient une participation dans un projet au Nebraska aux côtés de Natural Hydrogen Energy LLC (NH2E) basée à Denver. 

L’entreprise canadienne Pristine a quant à elle pour projet de forer au sud et au nord des États-Unis ; elle s’est associée à Foothills Exploration pour former New Energy Venture, une entreprise qui prévoit de prospecter les provinces de l’Ontario et du Québec au Canada.  


L’Europe dans la course

Les projets se multiplient également sur le vieux continent même si la fièvre n’a pas encore atteint les niveaux de l’Australie et des États-Unis. 

La startup française 45-8 Energy a ainsi mis en place plusieurs projets d’exploration dont trois en France et trois dans d’autres pays européens dont l’Allemagne. L’Espagnole Helios, qui vient de signer un accord avec Ascent Funds, a quant à elle deux projets en cours dans la région d’Aragon au nord du pays ; elle prévoit de commencer à forer d’ici deux ans. En Suisse, l’entreprise HyNat développe plusieurs projets de recherche et d’exploration sur le continent africain en raison d’une géologie particulièrement favorable à l’exploitation de l’hydrogène. Et le géant français Engie mène des études au Brésil depuis 2016. L’entreprise a par ailleurs créé une chaire industrielle dédiée à l’étude de l’hydrogène du sous-sol avec l’Université de Pau (France) et l’Ifpen.

 

Earth2 : l’union fait la force

Rassembler nsous une même bannière les acteurs européens de l’hydrogène naturel pour mieux les fédérer et « porter haut et fort les couleurs de cette énergie nouvelle et décarbonée », telles sont les deux grandes ambitions d’Earth2. Créé à l’initiative des startups françaises CVA Group et 45-8 Energy et porté par le Pôle Avenia (Pôle
Avenia En
), Earth2 bénéficie d’un écosystème français particulièrement dynamique. Piloté par 11 membres, il est constitué de 40 partenaires (universités, centres de recherche et industriels, dont Eliis). En mars 2022, Earth2 a
envoyé une délégation à Bruxelles pour présenter les potentialités de l’hydrogène naturel à plusieurs représentants des institutions européennes. Un projet de site internet visant à faire connaître ce précieux gaz et des actions de communication sont également prévus.
 


Un potentiel longtemps ignoré

Les avancées de ces entreprises sont suivies de près par les scientifiques et les chercheurs du monde entier. Elles doivent permettre de mieux comprendre les contextes géologiques dans lesquels se forme l’hydrogène naturel et la cinétique des réactions qui en sont à l’origine. Car il faut rattraper le temps perdu !

L’hydrogène naturel est en effet resté longtemps une source d’énergie complètement ignorée. De nombreux scientifiques avaient la conviction que la molécule d’H2 était rare dans la nature. Et les regards étaient ailleurs, tournés vers la recherche de pétrole et de gaz. 

Des chercheurs russes avaient bien relevé sa présence en abondance dans certaines régions de leur pays, mais, Guerre froide oblige, ces découvertes avaient mis du temps à parvenir aux scientifiques occidentaux. Finalement, c’est seulement au cours de ces 15 dernières années, avec notamment la découverte du réservoir de Bourakébougou, que l’hydrogène naturel a commencé à susciter de l’intérêt et fait l’objet d’investigations poussées. 


D’où vient l’hydrogène naturel ? 

Plusieurs processus géologiques expliquent la présence d’hydrogène dans le sous-sol. Le plus connu et le plus documenté est la serpentinisation. C’est une réaction au cours de laquelle l’eau et une roche riche en minéraux ferromagnésiens, comme l’olivine, interagissent pour former de l’hydrogène. 

Mais d’autres mécanismes sont à l’étude : radiolyse de l’eau dans les roches contenant de l’uranium, du thorium et du potassium, pyritisation (au niveau des dorsales océaniques), décomposition de la matière organique du sous-sol, etc. On trouve également de l’hydrogène dans d’anciens réservoirs de gaz ou de pétrole et dans les sites de production géothermale.

L’objectif des chercheurs aujourd’hui : évaluer la contribution de chacun de ces processus géochimiques à la production terrestre d’hydrogène naturel et ainsi mieux cerner le potentiel des zones les plus propices. 

Il est encore trop tôt pour savoir précisément quelles régions du monde possèdent les gisements les plus intéressants. Les fameux « ronds de sorcière » (ou « cercles de fées »), marqués par une plus faible densité de végétation et à la surface de laquelle de fortes émanations d’hydrogène sont présentes, sont de précieux indices de surface. On en retrouve sur tous les continents, notamment aux États-Unis, en Russie, au Brésil, au Canada, en Australie, en Namibie… Mais, pour des raisons qui restent à éclaircir ; les volumes d’hydrogène à leur surface sont très variables d’une région à l’autre (quelques centaines à plusieurs centaines de milliers de mètres cubes par jour et par kilomètres carrés). Selon Viacheslav Zgonnik, un des premiers chercheurs à s’être intéressé à l’hydrogène naturel, le flux annuel global d’hydrogène d’origine géologique pourrait être de 23 Mt par an. 

Les émanations d’hydrogène sont rarement pures. Elles font généralement partie d’un mélange gazeux, contenant notamment de l’hélium et/ou du méthane, et leur taux vont de quelques pourcents à plus de 90 %, comme dans certaines zones d’Australie ou au Mali.


Repérer les sites les plus prometteurs

Mais la présence d’hydrogène en surface ne signifie pas forcément que celui-ci est exploitable, ni pour combien de temps et à quel prix ! L’autre défi pour les géologues est en effet de comprendre si et comment l’hydrogène s’accumule dans le sous-sol. Au Mali, autour du village de Bourakébougou, les études géologiques et géophysiques 3D ont révélé la présence de plusieurs réservoirs carbonatés contenant de grandes quantités d’hydrogène, avec comme roche couverture, la dolérite, une roche volcanique. Dans de nombreuses régions en cours d’exploration, la preuve de la présence de ce gaz tient essentiellement aux mesures faites en surface. L’hydrogène est un gaz extrêmement léger, susceptible de migrer à travers la roche. Pour qu’il puisse s’accumuler, il doit être retenu par des structures spécifiques de type salifères ou par des dépôts sédimentaires argileux. 

À ce jour, les réservoirs sous-terrain restent mal connus, tout comme la diffusion de l’hydrogène à travers les roches. C’est pour cette raison que les données issues des forages effectués par les diverses entreprises œuvrant sur le terrain sont attendues avec impatience par les scientifiques !

 

 La production mondiale d’hydrogène en quelques chiffres

- 90 millions de tonnes (Mt) d’hydrogène ont été produites en 2020 ;

- 99 % de cet hydrogène est d’origine fossile : 76 % proviennent du vaporeformage du méthane et 23 % de la gazéification du charbon ;

- la production d’hydrogène émet chaque année 900 Mt de CO2 dans l’atmosphère.

La production d’hydrogène dit « bas carbone » – par électrolyse de l’eau à partir d’énergies renouvelables (éolien et photovoltaïque), d’énergie nucléaire ou à partir d’énergies fossiles avec capture et séquestration de CO2– ne représente encore qu’une très faible proportion de la production mondiale d’hydrogène. 

Véronique Molénat, rédactrice scientifique


Sources

Début de l’exploration-production d’hydrogène naturel : une nouvelle ère pour l’hydrogène ? Isabelle Moretti, Connaissances des Énergies. August 30, 2022

L’hydrogène naturel : curiosité géologique ou source d’énergie majeure dans le futur ? Isabelle Moretti, Connaissances des Énergies. May 22, 2020

IEA. Global hydrogen review. Paris: International Energy Agency; 2021

System approach to natural versus manufactured hydrogen: An interdisciplinary perspective on a new primary energy source. Thomas Lapi et al. International Journal of Hydrogen Energy. Volume 47, Issue 51, 16 June 2022

Natural hydrogen: how the potential wellspring works and why companies are pouncing. PV Magazine. April 20, 2022

« L’excitation monte au sujet de l’hydrogène naturel : nous avons ça sous nos pieds depuis le début et nous ne le voyions pas », lance la chercheuse Isabelle Moretti. L’usine Nouvelle, June 21, 2021

Gold hydrogen takes to the stage in Australia, but questions remain. Gas Outlook. June 17, 2022

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