Hydrogène (H2) naturel : Une ressource énergétique pour demain?

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Le comportement de l’hydrogène (H2) dans la croûte terrestre, depuis ses sources les plus profondes jusqu’à son échappement dans l’océan ou l’atmosphère, est au coeur de grands enjeux scientifiques et industriels. Aux recherches fondamentales sur les mécanismes de génération d’H2, la synthèse abiotique de molécules organiques, ou sur le développement d’une biosphère profonde, s’ajoute maintenant des travaux plus appliqués en prise directe avec la transition énergétique: quantification de la ressource, procédés de production géo-inspirés, sureté de sites de stockage souterrains d’hydrogène, ou encore modélisation économique et faisabilité socio-technique d’une exploitation. Les questions scientifiques qui se posent vont bien au-delà des Sciences de la Terre et mobilisent une large communauté de chercheurs notamment en sciences biologiques, chimiques, environnementales, humaines et sociales et dans le domaine de l’ingénierie.

A travers le partage entre ces di…fférents domaines, le but de ce colloque est de créer une communauté pluridisciplinaire autour de l’hydrogène naturel intégrant toute la chaine des connaissances depuis l’exploration de la ressource, jusqu’à la co-construction de projets d’exploitation. Ce colloque s’adresse aussi bien aux acteurs du monde académique qu’aux industriels et aux décideurs désireux de s’informer sur le potentiel énergétique que l’hydrogène naturel peut représenter. Il alternera entre conférences invitées, session poster (sur appel à communications par a…ffiche) et table-ronde.

Cette journée thématique souhaite réunir des chercheurs des différents instituts du CNRS à même de communiquer sur les propriétés de cette molécule et de faire le lien avec la problématique de l’H2 naturel. Nous pensons bien sûr aborder les phénomènes contrôlant la génération (réactions redox, radiolyse, fermentation), la migration (solubilité, clathrates, diffusion, adsorption) et la réactivité (catalyses microbienne ou surfacique) d’H2 dans la nature, mais plus généralement dans tous les domaines ou la connaissance de ces propriétés essentielles peut être utile à la compréhension du système naturel. Les échanges d’H2 entre sous-sol profond, sol et atmosphère seront présentés. Nous sommes également intéressés par les techniques de monitoring (télédétection H2 ou éléments accompagnateurs) ou de
récupération assistée ou non de ce gaz dans le sous-sol. Enfin, nous souhaitons aborder les dimensions environnementales, économiques et sociales d’une éventuelle exploitation d’une telle ressource naturelle.

L’hydrogène peut être produit par différents processus réactionnels dans la croûte terrestre. Les plus connus sont l’altération hydrothermale des roches ultramafiques, la radiolyse de l’eau, l’activité de certaines bactéries, ou encore le dégazage mantellique. Les premières observations d’émanations naturelles de gaz contenant de l’hydrogène libre remontent à presque un siècle, mais jusqu’à il y a une vingtaine d’années ces occurrences étaient considérées comme anecdotiques. Ce n’est qu’avec la découverte des systèmes hydrothermaux sous-marins dans les années 80, que des études systématiques sur l’origine de l’hydrogène gazeux ont été entreprises. La mise en évidence de sources hydrothermales aux fluides riches en H2 (e.g. fumeurs noirs) sur les fonds océaniques à l’axe des dorsales a suscité un regain d’intérêt en Science de la Terre pour la compréhension et la quantification des processus à l’origine de la production de ce gaz. De nouvelles campagnes de prospection ont alors été menées en mer (Loki Castel, Rainbow, Logatchef, Lost City) comme sur terre (Oman, Philippines, Turquie, Nouvelle Calédonie).

L’hydrogène peut réagir avec des éléments oxydés - minéralisés ou dissous dans les fluides géologiques - ou bien diffuser vers la surface et s’échapper dans les océans ou dans l’atmosphère. Cet hydrogène est alors vu tour à tour comme une source d’énergie pour des développements bactériens, comme un réactif nécessaire à la génération d’hydrocarbures abiotiques, mais rarement, pour ne pas dire jamais comme une ressource énergétique non-carbonée. La grande mobilité de l’hydrogène combinée à sa forte réactivité à haute température comme à basse température en présence de bactéries, semblait être un frein à son accumulation en sous-sol ou à sa concentration dans les fluides géologiques hormis en de rare occurrences, pour la plupart sous 3000 m d’eau à l’axe de dorsales medio-océaniques. Les découvertes récentes d’environnements géologiques propices au piégeage de l’hydrogène et de plusieurs zones continentales où se dégage de l’hydrogène naturel changent cette vision. Il apparait maintenant nécessaire d’analyser la situation et d’avancer méthodiquement pour évaluer raisonnablement les sources, les puits, les flux et les stocks de cette production naturelle primaire. Une approche pluridisciplinaire intégrant les dimensions métrologique, biologique, chimique, géologique, économique, et sociale doivent être mise en oeuvre pour co-construire des projets d’exploration d’une potentielle nouvelle ressource du sous-sol.

 

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