Les sources naturelles d’hydrogène : nouvel espoir pour l’approvisionnement énergétique mondial ?

L’hydrogène est l’élément chimique le plus simple, le plus léger et le plus abondant dans l’univers. C’est aussi le carburant du soleil et de la plupart des étoiles. Là-bas, l’énergie produite grâce à la fusion nucléaire, a participé à la création de la vie sur Terre et permet son maintien. Aujourd’hui, la Terre est face à d’importants challenges énergétiques. Pourtant il y a de l’hydrogène ici aussi, partout. Sans parler de fusion qu’on nous vend pour dans 80 ans minimum, peut-on s’en servir nous aussi et voir une lueur d’espoir pour notre futur énergétique ?

La pile à combustible comme nouveau moyen de stockage d’énergie 

L’hydrogène est un produit important dans notre monde, il trouve sa place dans un large éventail d’applications. Traditionnellement, il est utilisé dans les secteurs de la chimie, du raffinage et de l’industrie. Avec les questions environnementales, la sécurité énergétique et la dépendance de certains pays envers leurs importations d’hydrocarbures, ce petit élément est de plus en plus considéré. Il est en effet vue comme un vecteur d’énergie, c’est-à-dire qu’il transporte l’énergie, au même titre que l’électricité par exemple. Le monde scientifique et industriel s’intéresse de plus en plus à son utilisation en tant que moyen de stockage énergétique. Son application en tant que telle est la pile à combustible à hydrogène.

Le principe est le même que celui d’une pile conventionnelle, la production d’électricité se fait grâce à l’oxydation de l’hydrogène sur une électrode, qui est couplée à la réduction de l’oxygène de l’air sur l’autre électrode. En mode charge, l’électricité est fournie à la pile qui stocke l’énergie chimique grâce à la réaction inverse forcée. Cette technologie qui arrive à sa maturité industrielle fait déjà rouler des chariots élévateurs et des voitures. Couplée aux énergies renouvelables et intermittentes, la pile à combustible peut palier les pics et les creux créés dans la production d’électricité « propre ».

La synthétisation d’hydrogène verte est possible mais couteuse

La synthétisation reste chère et n’est pas toujours verte. En effet, comme l’hydrogène est la plupart du temps lié à d’autres atomes, il faut casser des molécules pour pouvoir l’isoler et le récupérer, ce qui consomme de l’énergie.

L’hydrogène est partout, mais c’est où partout ? Et bien dans l’eau et les hydrocarbures. En partant de ces sources on sait le produire grâce à de nombreuses techniques telles que « le reformage du méthane à la vapeur, la gazéification du charbon ou de la biomasse ou encore l’électrolyse de l’eau». Produire de l’hydrogène à partir du charbon ou bien du gaz naturel (méthane) dégage énormément de CO2. Si l’hydrogène est synthétisé par électrolyse de l’eau, à partir de quelles sources sera produite l’électricité ? Charbon ou énergie solaire ? La même question du bilan CO2 se posera. Il n’est donc pas dit qu’en roulant en voiture électrique à pile à combustible, vous polluerez moins qu’avec un bon petit moteur diesel de Clio. La plus verte des productions reste l’électrolyse de l’eau grâce aux énergies renouvelables. Malheureusement, le coût de cette technique est loin d’égaler celui de reformage du méthane à la vapeur. Vous l’avez compris, la production d’hydrogène verte et peu chère n’est pas évidente.

Les continents et les océans regorgent d’hydrogène naturel

Il existe cependant bel et bien une production naturelle de l’hydrogène. Ces émanations d’hydrogènes sont connues depuis longtemps, on les trouve très profond le long des dorsales médio-océaniques, et dans les ophiolites (lambeau de lithosphère océanique émergé à cause d’une collision de plaques).

L’olivine, est un minéral ferreux présent dans les roches qui constituent le fond des planchers océaniques. Il s’altère au contact de l’eau et produit de l’hydrogène naturellement selon l’équation Fe2+ + H2O à Fe3+ + ½ H2 + OH-.

La récupération de l’hydrogène naturel de manière industrielle au niveau des dorsales est inenvisageable du fait de la profondeur. En revanche, les scientifiques ont aujourd’hui des preuves d’émanations d’hydrogène à l’état naturel sur les continents. Le flux est nettement plus important que celui qui s’échappe des ophiolites, des dizaines de milliers de m³ transpirent chaque jour.

La réaction qui explique cette émanation d’hydrogène sur les continents est la même que celle des ophiolites, à savoir l’oxydation du fer ferreux en fer ferrique. Cependant, le minéral à l’origine de la réaction n’est plus l’olivine mais la sidérite qu’on trouve abondamment sur Terre. Ces émanations se trouvent à différents endroits à la surface de notre planète, dans des zones au cœur des continents, les « zones intraplaques ». On les rencontre en particulier dans les parties les plus anciennes, appelé « cratons précambriens », situés au centre des continents émergés.

Comment exploiter ces sources naturelles ?

L’hydrogène qui s’accumule dans certains endroits, nécessite une production traditionnelle de type gaz naturel. Au Mali, un site est déjà en exploitation et un autre site au Kansas est en cours d’exploration. Concernant les « ronds de sorcière » (zone de production d’hydrogène naturel en forme de cratère), l’émanation est un peu plus diffusive. On peut alors imaginer un couplage production géothermique et dégazage de l’hydrogène récupéré dans l’eau chaude. Enfin, la production dans les couches d’ophiolites peut se faire par fracturation hydraulique. L’exploitation de cette ressource n’est donc pas une utopie scientifique.

Jeanne Barreyre & Guillaume Blanchard

1. Communiqué de presse de l’IFPEN [↩]