Il n'existe pas, sur notre Terre, d'hydrogène (H₂) à l'état naturel. L'idée a longtemps été répandue. Pourtant, les premières émanations découvertes de-ci de-là ne datent pas d'hier. Sur le territoire français, elles remontent même au début du XX^e siècle. Et à partir des années 1970, les chercheurs ont commencé à trouver de l'hydrogène naturel - celui que l'on appelle désormais l'hydrogène blanc - en différents endroits, du fond des océans à la croûte continentale. Mais ce n'est finalement que très récemment que la découverte a commencé à susciter un réel intérêt.

Parce qu'à l'heure où le monde entier s'est mis en quête de solutions pour décarboner nos économies, l'hydrogène naturel fait figure de cadeau du ciel. Ou plus exactement, de cadeau des sous-sols. La production à partir de ressources fossiles de l'hydrogène - celui qu'on appelle hydrogène gris - utilisé par l'industrie, pour fabriquer les engrais par exemple, est en effet toujours fortement émettrice de gaz à effet de serre. Près de dix kilos de dioxyde de carbone (CO₂) pour un seul kilo de H₂. La disponibilité d'un hydrogène bas carbone pourrait aussi aider à nous défaire du pétrole dans le secteur des transports. Voire, dans celui de la production d'électricité.

Assez d’hydrogène blanc pour plus de 170 000 ans ?

Alors, les projets se multiplient. En Australie, des forages d'exploration ont été lancés. Aux États-Unis, des chercheurs auraient identifié des zones susceptibles de cacher de belles réserves d'hydrogène blanc. Là aussi, des projets sont en cours. En France, un premier permis a été délivré fin 2023 dans les Pyrénées-Atlantiques. Les Landes ont suivi. Et il y a quelques jours, des chercheurs ont annoncé avoir découvert un réservoir de 46 millions de tonnes d'hydrogène naturel - pour se faire une idée, il faut savoir qu'en 2022, le monde a consommé quelque 90 millions de tonnes d'hydrogène - dans le sous-sol de la Moselle. La ruée vers l'hydrogène blanc est bel et bien lancée.

C'est dans ce contexte que des chercheurs des universités d'Oxford, de Durham (Royaume-Uni) et de Toronto (Canada) publient aujourd'hui les résultats de travaux qui pourraient changer la donne. Dans la revue Nature Reviews Earth & Environment, ils détaillent les conditions nécessaires à l'accumulation de l'hydrogène naturel dans la croûte terrestre. Et concluent que les environnements géologiques susceptibles de cacher cette précieuse ressource sur notre Planète sont répandus. Leur potentiel serait colossal. Permettant, selon les calculs, de répondre à nos besoins énergétiques pour... les 170 000 années à venir !

Des ingrédients clés à réunir pour trouver de l’hydrogène naturel

C'est un pas de géant, car jusqu'ici, les connaissances sur les mécanismes de formation, l'évaluation des ressources et leur exploitabilité restaient limitées. Mais cette fois, les chercheurs, grâce notamment à des connaissances acquises sur d'autres gaz, sont parvenus à déterminer comment et où l'hydrogène gazeux se forme, comment il migre à travers les couches de la Terre pour se retrouver piégé dans une bulle, et ce qui le maintient ou le fait disparaître. Ils évoquent, par exemple, des microbes friands d'hydrogène. Pour trouver des réserves, il faudra donc éviter soigneusement les milieux dans lesquels ils sont présents. Autant d'informations qui devraient s'avérer précieuses pour les entreprises qui souhaiteraient développer des stratégies d'exploration de l'hydrogène naturel.

Sur cette carte, les morceaux de croûte terrestre que les chercheurs estiment susceptibles de cacher de l’hydrogène – encore faudra-t-il déterminer s’il est commercialement exploitable. Des exemples de différents types de formations géologiques présentant des accumulations notables d’hydrogène sont entourés de noir. © Ballentine et al., Nature Reviews Earth & Environment

Encore des points d’ombre à éclaircir

Les chercheurs listent également les domaines dans lesquels la connaissance scientifique fait encore défaut. Nous ignorons ainsi toujours quelle est l'efficacité des réactions qui forment l'hydrogène. Mais aussi la manière dont l'histoire géologique peut mettre en contact les bonnes roches avec l'eau qui réagit avec elles. Toutefois, l'équipe assure aujourd'hui que les ingrédients d'un système hydrogène naturel complet se trouvent dans divers contextes géologiques de la croûte terrestre. Certains d'entre eux peuvent être assez jeunes, formant de l'hydrogène depuis « récemment » - comprenez depuis entre des millions à des dizaines de millions d'années -, d'autres plus anciens - comprenez qu'ils produisent naturellement de l'hydrogène depuis des centaines de millions d'années. Le plus important peut-être, c'est qu'ils sont présents à l'échelle mondiale.

« Combiner les ingrédients géologiques pour trouver de l'hydrogène peut être comparé à la préparation d'un soufflé : une seule erreur dans les ingrédients, les quantités, le temps de cuisson ou la température peut mener à un résultat décevant , conclut Chris Ballentine, chercheur au département Sciences de la Terre de l'université d'Oxford, dans un communiqué.  Une recette d'exploration réussie et reproductible permettra de découvrir une source d'hydrogène bas carbone, compétitive sur le plan commercial, qui contribuerait significativement à la transition énergétique. Nous disposons désormais de l'expérience nécessaire pour combiner ces ingrédients et trouver cette recette. » Pour preuve, les chercheurs viennent de créer une société d'exploration dont la mission sera justement de trouver des gisements naturels d'hydrogène exploitables.