Comment se forme l'hydrogène naturel ?

Hydrogène blanc, hydrogène natif, hydrogène naturel, hydrogène géologique : toutes ces formules désignent le dihydrogène qui s’échappe de la croute terrestre. Souvent considéré comme une simple curiosité même auprès des grands acteurs de la filière H2, le phénomène pourrait gagner en crédibilité si l’on connaissait mieux l’origine de sa formation. L’IFPEN tente une explication en se référant aux travaux de plusieurs scientifiques.
 
Encore aujourd’hui, l’hydrogène naturel divise. Amusez-vous à observer les visages lorsque l’on aborde le sujet au cours d’une conférence autour de la molécule H2. Des mous dubitatives font face aux expressions enthousiastes de ceux qui cherchent à exploiter les magiques émanations combinant souvent ce gaz avec de l’hélium. Il y a quelques années, des personnalités bien connues dans la filière H2 pouvaient afficher un sourire moqueur, si ce n’est davantage à la seule évocation de ces intuitions et travaux. Les détracteurs se montrent aujourd’hui plus prudents, évitant de se prononcer désormais trop ouvertement devant le public sur la possible exploitation du phénomène naturel.
 
L’hydrogène natif fait peur. Il va apparemment à l’encontre des intérêts des industriels qui ont basé leur activité sur des processus bien rodés de production. Passer du vaporeformage du méthane à l’électrolyse de l’eau, c’est un grand bond à réaliser, mais on reste dans un fonctionnement finalement assez proche. Avec l’hydrogène géologique, on ne sait pas encore trop à quoi s’attendre. Ce qui pourrait remettre en question toute une partie de la filière, celle en charge de la formation des molécules H2.
 

Hydrogène blanc

Quand l’hydrogène naturel fait peur, on va le gommer et chercher à le nier. Qualifier le phénomène de blanc est parfait, et peut-être même révélateur. Dans la symbolique des couleurs, le blanc peut être employé pour signifier l’absence, l’inexistant, le manque de valeur. Personnellement, je préfère le voir comme le blanc de pages vierges sur lesquelles l’histoire de l’hydrogène natif va s’écrire désormais.
 
A travers un prisme, le blanc va faire naître différentes couleurs dont le vert, le bleu et le jaune qui ont du sens pour parler de l’origine de la molécule H2. Mais pas le gris. Ce qui permet de retourner la situation et d’illustrer l’urgence que nous connaissons actuellement à abandonner des pratiques énergivores, carbonées et polluantes. Pour les utilisateurs finaux dont les collectivités qui s’équipent en autobus et bennes à ordures ménagères H2, l’ hydrogène blanc serait plus vert que le vert et potentiellement moins cher. Il zappe de lourds besoins en énergie pour la production, ce qui se traduirait en efficience avec la mobilité. Ce sont alors les détracteurs de l’utilisation de l’hydrogène dans les véhicules qui seraient privés d’un de leurs arguments habituels.
 
En bref, l’hydrogène blanc pourrait être une véritable aubaine à saisir pour rendre une filière plus crédible auprès du grand public plutôt très dubitatif concernant l’exploitation de la molécule H2 dans le secteur des transports.
 

Olivine et le pyroxène en milieu océanique

Titré « Origine des émissions d’hydrogène naturel : le voile se soulève », un article de l’IFPEN apporte des éléments nouveaux susceptibles de placer l’hydrogène blanc comme une véritable source à exploiter, et peut-être même à copier pour reproduire sa formation à l’échelle industrielle.
 
Si ce gaz sans couleur est plus difficile à capter lorsqu’il s’échappe des océans, c’est pourtant dans cet environnement que sa formation s’explique le plus facilement. A l’œuvre, un phénomène d’oxydation de minéraux silicatés riches en fer Fe2+. Ainsi l’olivine et le pyroxène. Ce scénario se déroule également au niveau des massifs faits de roches océaniques remontées à la surface lors de la collision de deux plaques lithosphériques. Ainsi avec l’ophiolite de Nouvelle-Calédonie. L’explication n’est cependant plus valable lorsque ce sont deux continents qui s’opposent. De l’hydrogène naturel s’échappe cependant également de ces zones pourtant dépourvues des minéraux silicatés. L’IFPEN a publié quelques révélations à ce sujet nées de sa collaboration avec l’Institut de physique du globe de Paris et l’université de Pau et des Pays de l’Adour.
 

Formation des gisements de fer dans le monde

Des dégagements d’hydrogène naturel dans les zones continentales ont été découverts pour certains depuis des années déjà autour des mines de fer situées dans les cratons. Il s’agit de zones apparues il y a plusieurs centaines de millions d’années. Elles sont riches en formations ferrifères rubanées.
 
Ce sont des roches sédimentaires contenant un important pourcentage de fer, entre 15 et 40 %. Il y a plusieurs milliards d’années, du fer Fe2+ se trouvait en solution dans les océans. Avec l’oxygénation de ces derniers, ce fer ferreux s’est oxydé en fer ferrique (Fe3+).
 
L’IFPEN explique que ce nouvel élément « s’est déposé sous la forme de couches d’oxydes de fer tels que la magnétite (α−Fe2O4) et l’hématite (Fe2O3), alternant avec des dépôts de schiste argileux et de carbonates siliceux ». Ce scénario qui s’est reproduit sur une longue période a donné naissance à d’importants gisements de fer qui sont exploités aujourd’hui dans différentes parties du monde. C’est, par exemple, le cas aux États-Unis, en Australie, en Afrique du Sud et au Brésil.
 

Oxydation de la magnétite dans les zones continentales

Afin de reproduire le mécanisme de formation d’hydrogène, les trois établissements ont procédé à quelques expériences, notamment avec la magnétite « jusque-là considérée comme stable dans le milieu naturel ».
 
En laboratoire, l’altération de cet oxyde de fer à des températures inférieures à 100° C reproduisant les conditions d’enfouissement dans la croûte terrestre, « ont permis de mettre en évidence une production importante de H2 en quelques jours ». Elle a été observée au cours d’une « réaction d’oxydation totale qui n’avait encore jamais été considérée et qui, en condition anoxique, transforme de la magnétite en maghémite (γ-Fe2O3) ».
 
Ce scénario expliquerait la production d’hydrogène en profondeur et sa remontée à travers des roches perméables. Dans le cas des formations ferrifères rubanées situées à plus faible profondeur, la maghémite est toujours obtenue de l’altération de la magnétite, mais avec de l’eau de surface riche en oxygène dissous. Et ce, avec un dégagement d’hydrogène. Si cette découverte se confirmait, elle offrirait aux compagnies minières l’opportunité de fournir de l’hydrogène en plus du fer.