Des bulles d'hydrogen jaillissent d'un morceau de magnesium réagissant avec de l'acetate de cuivre.
Des bulles d’hydrogen jaillissent d’un morceau de magnesium réagissant avec de l’acétate de cuivre.
Crédit photo : paulslab en cc.

 

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.

 

Si vous plutôt confiant

Exploitable, cette énergie est renouvelable et durable car c’est un phénomène continu lié à la dynamique de la Terre. La consommation de cette ressource est propre et respectueuse de l’environnement car cela ne produit que de l’eau. D’un point du vue sociologique, ça change notre relation à l’énergie, on passe d’une énergie de stock, que sont les énergies carbonées à une énergie de flux au même titre que les énergies renouvelables. Capter cet hydrogène naturel, en évitant la fabrication coûteuse à partir des sources fossiles ou de l’électrolyse de l’eau, est susceptible de révolutionner le monde de l’énergie.
C’est une source alternative à prendre au sérieux pour notre futur énergétique. D’ailleurs une équipe de l’Institut Français du Pétrole Energies Nouvelles (Ifpen) effectue déjà des explorations en partenariat avec l’Institut de Physique du Globe de Moscou. « Diffus dans la plupart des sites, ces flux présentent localement des accumulations substantielles. Les différents fluides naturels étudiés peuvent présenter plus de 80 % d’H2. Ce gaz est associé à du méthane, parfois à de l’azote, et localement à de l’hélium en quantités économiquement exploitables (alors que l’approvisionnement mondial en ce gaz rare qui trouve des applications de haute technologie est par ailleurs très tendu actuellement) ((Communiqué de presse de l’IFPEN)) »

Si vous plutôt septique

Est-ce que cela sera vraiment utile ? Pourquoi aller s’embêter à essayer d’exploiter des hypothétiques sources d’hydrogène naturel quand on peut le produire à partir de biomasse et ainsi revaloriser nos déchets organiques ?
Est-ce que cela sera vraiment non polluant ? L’hydrogène ne présente aucune toxicité, mais son extraction pourrait-elle se faire dans de bonnes conditions environnementales si on utilise la fracturation hydraulique ? Question mise en avant par l’exploitation des gaz de schiste.
Est-ce que cela sera vraiment sans risques ? L’hydrogène est un gaz hautement inflammable et explosif.
Est-ce que cela sera bon marché ? Selon l’IFPEN.
Il est prématuré d’estimer un coût. Il dépendra de nombreux facteurs que le programme de recherches de l’IFPEN se propose d’évaluer.

Si vous plutôt pragmatique

L’estimation du potentiel de cette source est encore incertaine. Des efforts de recherche importants sont nécessaires afin de mieux le comprendre, de le quantifier et le prévoir. De plus, à partir de ces recherches il faudra être capable de mieux le stocker et le transporter. Il faudra enfin passer au travers des lobbies des producteurs d’hydrogène manufacturé, qui défendrons leurs investissements passés et qui pourraient freiner la législation de cette exploitation dans certains endroits. Mais peut-on rester sur nos acquis énergétiques, sans mettre les moyens nécessaires au développement d’autres alternatives comme celle de l’hydrogène naturel ?

 

Jeanne Barreyre & Guillaume Blanchard

One thought on “Les sources naturelles d’hydrogène : nouvel espoir pour l’approvisionnement énergétique mondial ?

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