Formation de l’hydrogène sous terre : processus et origine

L’hydrogène existe à l’état naturel dans le sous-sol terrestre, en dehors de toute intervention humaine. Sa présence, longtemps sous-estimée par l’industrie énergétique, commence seulement à attirer l’attention des chercheurs et des entreprises. Les gisements détectés affichent des concentrations surprenantes, défiant les estimations traditionnelles du potentiel énergétique du sous-sol.

Ce gaz, généré par des réactions géochimiques complexes, se distingue par des modes de formation variés et un impact environnemental limité comparé à d’autres sources d’énergie. La compréhension de ses origines et de ses caractéristiques s’impose désormais comme un enjeu stratégique pour les décennies à venir.

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Hydrogène naturel : comprendre un phénomène géologique fascinant

L’hydrogène naturel, encore méconnu il y a peu, a longtemps été négligé par l’industrie et la recherche occidentale. Pourtant, des suintements inexpliqués en Russie ou au Mali ont tiré la sonnette d’alarme. Ici, pas d’usines ni de catalyseurs : ce gaz surgit de la croûte terrestre là où la géologie en décide. Les investigations menées par la géologue Isabelle Moretti et le chercheur Viacheslav Zgonnik, pionniers de la geoscience natural hydrogen, ont permis de cartographier une multitude de situations géologiques propices à la formation de ce gaz.

Loin du gaz naturel issu d’hydrocarbures, l’hydrogène blanc provient avant tout de réactions chimiques entre l’eau et certains minéraux présents dans les grandes profondeurs, notamment les péridotites ou les ferrosilicates. Ce phénomène, baptisé serpentinisation, agit sur des temps longs, libérant progressivement de l’hydrogène. En France, plusieurs émissions de faible intensité ont été repérées dans le bassin parisien ou en Lorraine, autant de signaux faibles qui laissent imaginer une ressource encore largement inexploitée, prête à servir la transition énergétique.

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Mais le recensement précis des réserves reste une tâche ardue. Les flux d’hydrogène fluctuent selon la nature des roches, la dynamique tectonique ou le réseau de failles profondes. Aujourd’hui, des programmes de recherche se multiplient pour localiser et mesurer ces gisements, comme en témoignent les publications spécialisées dans Occurrence Geoscience Natural.

Pour mieux cerner les contours de ce phénomène, voici ce qui distingue l’hydrogène naturel et ses enjeux émergents :

• Hydrogène natif : produit de façon spontanée dans le sous-sol, détecté dans divers points du globe.
• Production d’hydrogène naturel : variante décarbonée par rapport aux procédés industriels classiques.
• France : en avance sur l’exploration et la valorisation de ces nouveaux flux énergétiques.

Ce domaine d’étude, encore jeune, attire désormais l’intérêt croissant des géologues et ingénieurs. La production d’hydrogène naturel pourrait bien rebattre les cartes de la stratégie énergétique, tout en imposant de nouvelles exigences en matière d’exploitation et de suivi environnemental.

Quels sont les processus de formation de l’hydrogène sous terre ?

Loin de toute improvisation, la croûte terrestre orchestre la fabrication de l’hydrogène à travers une succession de processus géochimiques bien identifiés. Au premier rang figure la serpentinisation : dès que l’eau pénètre dans les roches ultrabasiques (comme les péridotites), une réaction se déclenche, générant de l’hydrogène sous terre. La pression et la température transforment la roche, et le gaz s’insinue dans la moindre fissure, prêt à remonter dès qu’une faille s’ouvre.

Mais la palette des réactions ne s’arrête pas là. La radiolyse de l’eau intervient également : les éléments radioactifs présents dans le sous-sol, uranium, thorium, émettent un rayonnement qui casse les molécules d’eau, libérant ainsi de l’hydrogène. Ce mécanisme a été documenté dans Earth Science Reviews, notamment dans des contextes riches en radioéléments. On peut y ajouter la dismutation du fer et l’oxydation de la matière organique, qui élargissent encore la diversité des sources potentielles.

Pour clarifier les principaux mécanismes à l’œuvre, voici les grandes voies de formation :

• La serpentinisation : rencontre de l’eau et des roches mantelliques, réaction phare de la production naturelle d’hydrogène.
• La radiolyse : fragmentation des molécules d’eau sous l’effet des rayonnements naturels en profondeur.
• L’oxydation de la matière organique : processus lent, surtout actif dans les bassins sédimentaires riches en charbon ou pétrole.

Le gaz naturel issu de ces différentes réactions reste souvent piégé dans des fractures ou des cavités souterraines. Sa production dépend de multiples facteurs : composition des roches, abondance de l’eau, âge du système géologique. Les travaux de Isabelle Moretti et Viacheslav Zgonnik alimentent aujourd’hui un nouvel espoir autour des ressources d’hydrogène sous-sol, en révélant l’ampleur d’un potentiel jusqu’ici largement ignoré.

Hydrogène blanc, vert, gris : différences, avantages et enjeux

Au cœur de la transition énergétique, l’hydrogène s’offre en plusieurs versions, chacune dictée par sa méthode de production. Trois dominent le débat : hydrogène blanc, vert et gris. Derrière ces couleurs, des réalités industrielles et environnementales radicalement différentes.

L’hydrogène blanc, rare et naturellement présent dans le sous-sol, se distingue par son origine géologique et son absence d’émissions de carbone lors de l’extraction. Ce gaz pur séduit par sa faible empreinte écologique. Les équipes de Isabelle Moretti poursuivent l’identification des gisements naturels en France, à grand renfort de forages et d’analyses fines. À la clé, une production décarbonée, sans résidus toxiques, un atout que les autres filières ne peuvent pas revendiquer.

L’hydrogène vert affiche lui aussi des arguments écologiques : obtenu via électrolyse de l’eau alimentée par des énergies renouvelables (solaire, éolienne), il évite le recours aux hydrocarbures. Mais son coût reste élevé et sa dépendance au réseau électrique limite son déploiement. En face, l’hydrogène gris s’impose par sa part de marché, issu du méthane à travers un procédé de vaporeformage qui génère beaucoup de CO₂, une réalité difficilement compatible avec les objectifs climatiques.

Pour décrypter ces différences, voici les principaux profils de l’hydrogène :

• Hydrogène blanc : naturellement présent, quasi exempt de carbone, mais accessible seulement là où le sous-sol le permet.
• Hydrogène vert : produit à partir de renouvelables, neutre en CO₂, tributaire du mix énergétique et du prix de l’électricité.
• Hydrogène gris : industriel, très répandu, mais fortement générateur d’émissions liées aux hydrocarbures.

La bataille autour de l’hydrogène propre s’intensifie. Chaque filière soulève ses propres interrogations, tant sur le plan environnemental que géopolitique. Les industriels examinent leurs options : investir dans l’exploration française ou miser sur l’électrolyse verte ? Le choix s’écrira à mesure que la recherche progresse et que les politiques tranchent entre indépendance énergétique et impératifs climatiques.

Applications actuelles et perspectives pour l’hydrogène naturel

Pour l’heure, la production d’hydrogène naturel ne fait que balbutier. Quelques consortiums industriels et centres de recherche publics se sont lancés dans l’exploration des réserves profondes, que ce soit en France, aux États-Unis ou sur le continent africain. Les volumes extraits restent modestes, mais le constat frappe : certains sites affichent un flux continu qui laisse entrevoir une réserve qui pourrait s’étendre sur des générations.

Le secteur énergétique commence à s’intéresser à ces volumes naturels. Producteurs d’électricité, raffineries, acteurs du transport lourd : tous scrutent la possibilité d’exploiter un gaz propre directement, sans passer par les filières industrielles traditionnelles. Injecter l’hydrogène natif dans les réseaux existants ou l’utiliser dans des piles à combustible offre déjà des débouchés concrets, limitant d’autant le recours aux combustibles fossiles. Quelques utilisations s’affirment :

• Alimentation de stations hydrogène pour véhicules de transport lourd,
• Génération de chaleur pour l’industrie,
• Stockage d’électricité renouvelable grâce à la conversion en hydrogène natif.

La France, qui s’est positionnée rapidement sur le dossier du hydrogène blanc, multiplie les démonstrateurs. Plus largement, la dynamique européenne en faveur de la transition énergétique pourrait accélérer l’intégration de cette ressource au mix, à condition d’apporter des réponses claires sur la sécurité des sites, la durabilité des réserves et les modes d’extraction. Des scientifiques comme Isabelle Moretti et Viacheslav Zgonnik continuent de creuser la question, entre ambitions de décarbonation et enjeux de souveraineté énergétique. Demain, l’hydrogène naturel pourrait bien transformer le paysage, à la croisée de la géologie et de l’innovation industrielle.