Début de l’exploration-production d’hydrogène naturel : une nouvelle ère pour l’hydrogène ?

Isabelle Moretti

Projet « solutions pour l'énergie et l'environnement », Université de Pau (E2S-UPPA)
Membre de l’Académie des technologies

Depuis quelque années, l’hydrogène est considéré comme un des maillons importants d’un mix énergétique décarboné, notamment comme carburant. Sachant que l’hydrogène est actuellement une matière première pour l‘industrie (en particulier des engrais) fabriqué à base d’hydrocarbures ou de charbon, le chemin restant à parcourir est long.

Toutes les alternatives de production d’un hydrogène décarboné sont actuellement étudiées et nous vous alertions il y a 2 ans sur l’existence d’hydrogène naturel, généré entre autres par l’interaction eau/roche dans le sous-sol. Une production, relativement modeste (1 400 m3/j), mais continue au Mali depuis presque 10 ans, a montré que réservoirs et couvertures existaient pour ce type de gaz. La pression n’a jamais baissé dans le réservoir exploité, il se remplit donc continûment(1).

Malgré les efforts de la compagnie Hydroma qui possède ce permis, la production n’est toutefois pas passée à une échelle industrielle, les conditions politiques au Mali étant en particulier trop difficiles. Mais la délinéation du champ continue, trois autres réservoirs ont été trouvés à différentes profondeurs, et d’autres pays se sont emparés du sujet : les prises de permis se multiplient. Aux États-Unis, une découverte a été annoncée par Desert Mountain en février 2022.

Le point sur l’exploration de l’hydrogène naturel

Des émanations d’hydrogène naturel sont connues sur Terre depuis longtemps, dans les fumeurs des dorsales océaniques et les zones volcaniques, mais on en trouve aussi dans les cratons (des roches très anciennes, plus d’un demi-milliard d’années) où elles se marquent souvent par des dépressions que l’on peut cartographier et étudier. Cela a été fait par exemple en Russie(2), aux États-Unis(3), au Brésil(4) et en Australie(5).

Par ailleurs, les compagnies pétrolières et minières ont beaucoup de données de subsurface et, sachant que cette nouvelle ressource existait, sont allés les revoir. Ils ont découvert que beaucoup de puits pétroliers avaient des indices d’hydrogène : il y avait un certain pourcentage d’hydrogène dans le mélange gazeux découvert, parfois jusqu’à plusieurs dizaines de pourcents (jusqu’à 90% en Australie). Dans la Péninsule de York, face à Adelaïde, un puits foré en 1930 avait permis de trouver un gaz contenant plus de 80% d’hydrogène. À l’époque ce n’est pas ce qui était recherché, donc le puits avait été rebouché. On trouve des exemples de ce type dans de nombreux endroits, même si le pourcentage d'hydrogène est rarement aussi élevé.

En se basant sur ces données et les indices de surface, des compagnies ont demandé des permis d’exploration. Beaucoup de ces compagnies sont des start-up, certaines des spin-up de compagnies plus importantes, certaines, mais c’est plus rare, sont des majors de l’énergie.

Néanmoins pour prendre un permis il faut que la loi le permette et reconnaisse l’hydrogène comme une ressource naturelle que l’on peut explorer et un jour produire. Il n’y a donc pas que parmi les géologues que l’on a travaillé sur la question ces dernières années mais aussi au niveau des juristes et des gouvernements. Comme on pouvait s’y attendre les pays riches en ressources minérales qui soutiennent les industries extractives ont été les plus réactifs, États-Unis et Australie en tête.

Forage d'hydrogène naturel

Site de forage d'hydrogène naturel dans le Kansas par Natural Hydrogen Energy (Photo courtesy of Viacheslav Zgonnik)

L’Australie à la pointe de l’exploration

Il est très rapidement apparu que l’Australie avait un gros potentiel en hydrogène naturel(6). Le pays est par ailleurs actif dans d'autres types de production d’hydrogène décarboné (électrolyse, SMR ou à partir du charbon mais avec captage de CO2) et a des engagements de livraison vis-à-vis du Japon et de la Corée. Le premier navire de transport d’hydrogène liquéfié a commencé à fonctionner entre l’Australie et le Japon en janvier 2022.

L’Australie est un État fédéral et chaque État y a la responsabilité de son sous-sol. L’Australie du Sud a adapté son droit du sous-sol dès 2021 et les demandes de permis d’exploration se sont multipliées : deux permis ont été octroyés (Gold Hydrogen va notamment forer en 2023 et a repris les zones où de l’hydrogène avait déjà été trouvé au début du XXe siècle) et plus d’une vingtaine de demandes sont en cours d’étude par le gouvernement (voir la carte ci-après).

Au Sud de Perth (Western Australia), les indices d'hydrogène naturel sont aussi très nombreux(7) et des compagnies, dont Buru et H2EX, ont pris des licences. Au centre du pays, dans le bassin d’Amadeus (isolé et très éloigné des consommateurs), la compagnie pétrolière Santos, qui a découvert un mélange de méthane, d’hélium et d’hydrogène, va forer 3 puits en 2023 pour confirmer les réserves (l'hélium est un gaz stratégique qui coûte très cher - environ 2 000 $/kg - et est donc très intéressant pour l’économie globale).

Permis d’exploration d'hydrogène naturel en Australie du Sud

Permis d’exploration d'hydrogène naturel en Australie du Sud

Et la France ?

Les efforts conjoints de toute la profession pour alerter les pouvoirs publics sur le sujet ont abouti en février 2022 à l’ajout de l’hydrogène naturel comme ressource dans le code minier français. C’est une première étape. Coté évaluation de la ressource, de nombreux travaux avaient été entamés par TotalEnergies dans le cadre d’une réévaluation dans les Pyrénées (Projet Orogen(8)), avec de nombreux laboratoires universitaires.

Ces travaux ont mis en évidence des émanations d’hydrogène sur le front pyrénéen(9) et sont actuellement complétés par un projet collaboratif entre CVA, Engie, 45-8, le BRGM et l’UPPA pour évaluer plus globalement le potentiel de la Nouvelle-Aquitaine. Ce projet est soutenu par la région. De l’autre côté des Pyrénées, en Espagne, la compagnie Helios a pris un permis d’exploration au nord de Saragosse. La compagnie 45-8 a elle obtenu un permis d’exploration pour l’hélium dans le Nièvre mais regarde aussi si de l’hydrogène peut être trouvé dans d’autres zones, avec ou sans hélium associé.

Les questions changent…

Actuellement il n’y a plus un congrès sur l’hydrogène ou même d’E&P sans une présentation sur l’hydrogène naturel. L’AAPG (American Association of Petroleum Geologists) de Budapest en mai avait une session de 28 speakers sur le sujet et une AAPG entièrement dédiée à l’hydrogène se tiendra cet automne en Amérique du Sud. En France, H-Nat, le congrès dédié à l’hydrogène naturel qui a vu le jour en 2021, a fait son deuxième opus cette année avec près d’un millier de participants. La profession s’organise aussi avec la création, entre autres, d’EartH2 par le pôle Avenia qui regroupe les acteurs européens de l’hydrogène dans le sous-sol.

En deux ans, nous sommes passés de questions scientifiques « d’où vient l’hydrogène dans le sous-sol ? », « l’hydrogène peut-il être d’une ressource ? » à « où prendre des permis d’exploration ? » et « qui sera le premier gros producteur ? ». Les choses avancent très vite… comme souvent plus vite ailleurs qu’en France, et plus vite avec des start-up dédiées que dans les grands groupes mais vu le nombre de puits qui seront forés en 2023, la réponse à ces questions va venir bientôt.

    Sources / Notes
    1. Prinzhofer et al., 2018.
    2. Larin et al., 2015.
    3. Zgonnik et al., 2015.
    4. Prinzhofer et al., 2020.
    5. Moretti et al., 2021.
    6. Moretti et al., 2021 ; Frery et al 2022.
    7. Frery et al., 2022.
    8. Orogen, un projet pour repenser la formation des chaînes de montagnes, Total Énergies.
    9. N Lefeuvre et al., 2022.

    Natural hydrogen, Energy & Mining, Government of South Australia.
    Initiative EarthH2, Avenia.

    Frery,E., L. Langhi, M. Maison, I. Moretti, 2021. Natural hydrogen seeps identified in the North Perth Basin, Western Australia, International Journal of Hydrogen Energy.

    Larin N., Zgonnik V., Rodina S., Deville E., Prinzhofer A. and Larin V. N. (2014) Natural molecular hydrogen seepages associated with surficial, rounded depression on the European craton in Russia. Nat. Resour. Res. 24(3), 363–383.

    Lefeuvre, N., Truche, L., Donzé, F., Ducoux, M., Barré, G., Fakoury, R., et al. (2021). Native H 2 Exploration in the Western Pyrenean Foothills. Geochem. Geophys. Geosystems 22. doi: 10.1029/2021GC009917.

    Moretti, I., E Brouilly, K Loiseau, A Prinzhofer, E Deville 2021. Hydrogen emanations in intracratonic areas: new guide lines for early exploration basin screening. Geosciences 2021, 11, 145.

    Prinzhofer A., Cissé C.S.T. and Diallo A.B. (2018): Discovery of a large accumulation of natural hydrogen in Bourakebougou (Mali). International Journal of Hydrogen Energy.

    Prinzhofer, A., I Moretti, J Françolin, C. Pacheco, A. D’Agostino, J. Werly, F. Rupin, 2019, Natural hydrogen continuous emission from sedimentary basins: The example of a Brazilian H2-emitting structure, International Journal of Hydrogen Energy. 

    Zgonnik V., Beaumont V., Deville E., Larin N., Pillot D. and Farrell K. (2015) Evidences for natural hydrogen seepages associated with rounded subsident structures: the Carolina bays (Northern Carolina, USA). Prog. Earth Planet. Sci. 2, 31.

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    Commentaire

    Vincent

    A-t-on une idée de l'ordre de grandeur du flux global d'hydrogène naturel ? Afin de comparer ce flux à celui provenant des éventuelles fuites d'hydrogène anthropique dont on entend beaucoup parler en ce moment...

    Vincent

    Cette video, excellente comme d'habitude avec le réveilleur, se concentre sur le potentiel pour une utilisation industrielle. ça ne nous renseigne pas sur le flux naturel global qui part dans l'atmosphère. On voit qu'au Mali la pression ne bouge pas, ce qui veut dire que les gisements semblent à l'équilibre entre apport et taux de fuite vers l'atmosphère. Il serait donc intéressant de connaitre ce flux pour comparer à la production anthropique.

    Bruno Lalouette

    Jusqu'où ira, l'idéologie de la décarbonation stupide ?

    Nous avons du gaz de houille, donc nous pouvons produire de l'hydrogène avec, tout en récupérant intégralement le CO2 du gaz brûlé pour produire de l'électricité, pour en faire du méthane carburant, 80% plus propre que le méthane classique !

    Encore faudrait-il exploiter le gaz de houille, pour amorcer la prospérité, plutôt que de nous prédire, la fin de l'abondance en achetant du gaz à l'Algérie qui achète des armes à la Russie !

    Y'a aussi, celle qui achète du gaz au mini-Poutine azerbaïdjanais en nous vendant la mondialisation progressiste qui doit faire le bonheur des peules, malgré eux...

    Par ailleurs, il me semble qu'à Paris, les cuisinières à gaz, sont interdites, comment se fait-il, que les Parisiens puissent en acheter ?

    Les paiements devraient se faire obligatoirement par CB avec une carte autorisant l'achat, à faire dans les commissariats des villes pavillonnaires, justifiant que le domicile n'est pas un appartement...

    Et puis, pourquoi vend-on toujours, des barbecues au gaz ?

    Quant à l'hydrogène carburant, c'est une utopie qui bouffe des milliards de subventions, qui pourraient être utilisés à mettre en route l'exploitation du gaz de houille et accorder un rabais de TVA, sur les véhicules au gaz.

    Aider aussi les producteurs, à faire des serres semi-enterrées et sans gaz...

    Reste la question du fret routier, 90 % des marchandises et toujours pas d'annonces pour rendre le rail, le fluvial et le cabotage obligatoires, jusqu'aux gares et aux ports.

    Je pense, que très prochainement, ce qui reste des classes moyennes, va être fortement impacté dans sa zone de confort, par l'inefficience des "experts" de tous poils.

    Et que les gilets jaunes vont être de doux agneaux à côté...

    ISABELLE MORETTI

    Bonjour
    Le gaz de houille s'est fait pendant 150 ans et continue à se faire ... l'extraction de l'H2 de ce gaz aussi, c'est même 19% de l'H2 mondial actuel... mais surtout en Chine, 1ere producteur mondial et de charbon et d'hydrogène. l'H2 issu du charbon représente là bas 64% de la production.
    Cette production va continuer... mais ce n'est pas une raison pour ne pas regarder d'autres sources qui ont le potentiel d'être moins émettrices de CO2 et moins couteuses. Par ailleurs les charbons n'ont pas tous le même potentiel d'H2, les "meilleurs" pour le contenu en H2 en sortie de combustion sont les charbons immatures, type lignite.
    Extraction + Gazeification du Charbon + CCUS : je ne suis pas sure que ce sera le trio gagnant dans de nombreux pays... en oubliant le CCUS c'est certain que ça marche tres bien !
    I Moretti

    sommer frederic

    Isabelle , l'avenir , c'est le nucléaire ou le retour dans les cavernes ; le CO2 et l'hydrogène ne sont que les prétextes aux politiques et quelques scientifiques peu honnêtes pour finir leurs carrières
    Mais j'adore les attaques journalistiques et médiatiques contre TOTAL depuis le début de la crise énergétique ; les gens devraient se renseigner sur ce que empoche l'état via les taxes par rapport au bénéfice par litre de TOTAl , frais de production déduit
    Amitiés
    Fritz

    JeanClaude_H

    Je lis ici, comme en d'autres endroits, l'emploi abusif du mot carburant pour parler de l'hydrogène. L'hydrogène est un combustible. http://www.chimiegenerale.com/carburant.php.
    Sous la plume d'une scientifique et dans une revue scientifique je trouve ce laxisme dommage.

    Vlady

    @JeanClaude_H ; quand l ' hydrogène est utilisé dans un moteur thermique , il ne devient pas un carburant ??

    JeanClaude_H

    Par quel miracle un atome d'hydrogène pourrait-il se transformer en carbone dont être un carburant (relation étymologique avec carburant) dans un moteur à combustion interne ? Cela me paraît un peu rapide d'assimiler une supernova, lieu de création de tous les atomes lourd, à un moteur à explosion.

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