« La production d’hydrogène naturel pourrait se réaliser avec un bilan carbone extrêmement bas »

Le Monde de l’Énergie ouvre ses colonnes à Yannick Peysson, responsable de programme R&D à l’IFPEN, pour évoquer avec lui la question de l’hydrogène naturel, ou géologique, et sa possible extraction.

Le Monde de l’Énergie —La présence d’hydrogène naturel dans le sous-sol terrestre est désormais établie, et suscite de l’intérêt pour une possible extraction. Comment se forment ces poches d’hydrogène, quelle est leur nature géologique, comment évoluent-elles ? Quelles sont les réserves estimées actuellement, dans le monde, l’Union européenne, en France ?

Yannick Peysson —Il est en effet bien établi aujourd’hui que l’hydrogène moléculaire, dit H2, existe à l’état naturel dans le sous-sol en de nombreux endroits sur la planète. On parle d’hydrogène « naturel » ou « géologique ».

L’avancement des connaissances sur le sujet plaide en faveur d’une origine relativement profonde de l’H2 naturel. Divers mécanismes de formation sont possibles comme notamment la dissociation de l’eau profonde en hydrogène sous l’action d’une réaction dite d’oxydo-réduction au contact de roches riches en Fe. Pour certaines zones géologiques riches en éléments radioactifs, la radiolyse de l’eau est également un autre mécanisme de formation possible. Le craquage thermique de matière organique en profondeur peut également être responsable de la genèse d’H2 dans certains bassins, en même temps qu’elle génère des hydrocarbures. Enfin, d’autres réactions d’oxydo-réduction peuvent également intervenir spécifiquement dans les systèmes volcaniques. C’est donc toute une gamme de processus qui peuvent conduire à générer de l’hydrogène dans le sous-sol à différentes profondeurs.

Pour ce qui est de l’estimation de la ressource ou des réserves, il est trop tôt pour pouvoir donner des chiffres réalistes. Il faut noter que l’hydrogène produit peut aussi être transformé lors de sa migration dans le sous-sol soit par réaction chimique au contact d’autres roches, ou soit consommé très rapidement par des microorganismes présents dans des zones plus proche de la surface. Les estimations des flux de surface ne représentent donc qu’une fraction de ce qui est généré en profondeur. C’est donc un bilan complexe entre processus de formation et de transformation qu’il s’agit d’évaluer. Cependant, si on additionne le potentiel théorique de chaque processus, on arrive à des quantités très importantes, mais pour l’instant, confirmer ces estimations demeure difficile. Il faut continuer à travailler, à étudier pour comprendre plus en détails l’ensemble des mécanismes. Il faudra également forer pour confirmer le potentiel. Ce travail prendra encore quelques années.

Le Monde de l’Énergie —Quelles méthodes d’extraction sont actuellement envisagées pour exploiter ces ressources ? Quelle est la spécificité de l’hydrogène par rapport au gaz naturel par exemple ? Cela impose-t-il un matériel spécifique ?

Yannick Peysson —Pour produire cet hydrogène naturel, les méthodes de forage et d’équipement de puits connus des filières du sous-sol peuvent tout à fait être mise en œuvre. Cependant, il faudra travailler à définir dans le détail les architectures des puits, les équipements des puits, les matériaux à utiliser, les traitements de surface éventuels… en fonction de chaque site.

Je rappelle qu’aujourd’hui, un seul site au monde produit de l’hydrogène naturel. C’est le site de Bourakébougou au Mali avec une production réalisée par des puits très peu profonds, une centaine de mètres, et qui produisent directement un hydrogène sous forme gazeuse et pur à 98%. C’est un site que nous connaissons bien car les géologues d’IFPEN l’ont analysé en détail, en collaboration avec Hydroma la société qui les exploite, pour mieux comprendre les mécanismes de production, les zones d’accumulation et les conditions de piégeage dans le sous-sol.

Le Monde de l’Énergie —Quels sont les principaux défis à résoudre pour envisager une production industrielle ? Quel serait l’impact carbone de cet hydrogène, comparativement avec de l’hydrogène produit à l’aide de combustibles fossiles ou d’électricité décarbonée ?

Yannick Peysson —Pour envisager une production industrielle de l’hydrogène naturel, il sera nécessaire de déployer une large série de moyens. Tout d’abord, il faut poursuivre les efforts de recherche pour mieux comprendre l’ensemble des mécanismes susceptibles de produire mais aussi de consommer l’hydrogène. Il est nécessaire également de réaliser des études complètes de mesures géophysiques, d’analyse de traces en surface afin de cerner les meilleures zones possibles puis de réaliser des forages afin de confirmer la présence ou les flux d’hydrogène. Je parle de flux car les « systèmes hydrogène » semblent bénéficier d’une cinétique de production très active, ce qui conduit à parler non seulement d’une énergie de stock mais aussi d’une énergie de flux. Un dernier défi technique sera le transport de cet hydrogène sur de longues distances. Contrairement à l’H2 produit par électrolyse qui peut être généré localement, l’H2 naturel devra être acheminé depuis la formation géologique d’où il est extrait vers les zones d’utilisations.

Concernant l’impact carbone de cet hydrogène et c’est indéniablement un point fort, il est très limité. En effet, aujourd’hui, l’hydrogène produit par reformage du gaz naturel a un bilan carbone très mauvais. Ce bilan s’améliore notablement avec une production par électrolyse de l’eau alimentée par des sources électriques renouvelables de type éolien ou solaire. Mais même pour ce dernier cas, la chaine industrielle complète de fabrication des électrolyseurs, des éoliennes, … a un bilan carbone qui n’est pas nul. L’hydrogène naturel, dans le cas d’accumulation ou de flux suffisant, pourrait permettre une exploitation par forage et avec un minimum de traitement en surface ce qui engendre des couts carbones très faible. Ainsi, la production d’hydrogène naturel pourrait se réaliser avec un bilan carbone extrêmement bas.

Le Monde de l’Énergie —A quel horizon temporel une production industrielle est-elle envisagée ? Cela pourrait-il répondre aux besoins d’hydrogène bas-carbone pour la transition énergétique mondiale, et dans quelle proportion ?

Yannick Peysson —Aujourd’hui, un premier permis d’exploration a été attribué en France. L’Australie et les USA sont en phase de forage d’exploration active. Cependant le passage de cette phase d’exploration à la phase des premiers pilotes puis à une phase de production à l’échelle industrielle, prendra un certain temps et une éventuelle production importante d’hydrogène naturel pour le marché mondial ne peut vraisemblablement pas être attendue avant 2035-40.

L’hydrogène naturel obtenu est en tout point le même que celui produit par des électrolyseurs ou par reformage du gaz naturel et il pourra donc répondre aux différents besoins en hydrogène bas-carbone. Ces besoins se retrouvent tout d’abord dans l’industrie pour décarboner un certain nombre de procédés, mais également dans la mobilité qui peut avoir besoin d’hydrogène comme carburant via des piles à combustible ou en combustion directe dans des moteurs adaptés, surtout pour les engins lourds de type camion, bus ou encore véhicules de chantier. Enfin, l’hydrogène pourrait être nécessaire dans le système énergétique pour des besoins de stockage et flexibilité. Ce sont là les différentes utilisations possibles de l’hydrogène qui sont envisagés.