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RÉSUMÉ
Souvent évoqué pour notre transition énergétique, l’hydrogène est aujourd’hui un produit manufacturé à partir d’autres sources d’énergie. Or, on a découvert plus récemment que le gaz hydrogène existe sur Terre, dans des quantités importantes, et qu’il s’agit d’une ressource renouvelable. Son coût est inférieur à celui de tous ses homologues manufacturés, fabriqués à partir d’énergies carbonées (hydrogène gris), à partir d’électricité renouvelable (hydrogène vert) ou de tout autre source d’énergie primaire. Ce texte fait le point sur sa connaissance géologique et sur les outils d’exploration aujourd’hui utilisés. Quelques exemples de gisements en cours de valorisation sont présentés, avant de conclure sur les perspectives futures de cette nouvelle matière première, et sur son intérêt environnemental.
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Alain Prinzhofer : Directeur scientifique - GEO4U, Rio de Janeiro, Brésil
INTRODUCTION
Face au besoin de trouver des solutions pour notre futur énergétique, de nombreux travaux et propositions visent à remplacer à terme les énergies fossiles carbonées, qui nous ont permis le développement tant démographique que technologique de ces deux derniers siècles. Les énergies renouvelables comme l’énergie photovoltaïque et l’énergie solaire sont des sources d’énergie primaires connues de longue date, mais qui sont utilisées aujourd’hui avec des technologies modernes nécessitant des matières premières souvent rares. La géothermie et l’énergie hydroélectrique ne peuvent être développées que dans des contextes géologiques ou géomorphologiques particuliers, et ne peuvent être généralisées à l’ensemble de la planète. L’hydrogène, utilisé aujourd’hui essentiellement comme produit manufacturé par l’homme, et pour des applications principalement chimiques, est souvent présenté comme un vecteur d’énergie, mais cette perspective nécessite toujours une énergie primaire afin de fabriquer ce gaz hydrogène, avec un rendement toujours très inférieur à 100 %. Ces projets ne résolvent donc pas notre nécessité de trouver d’autres sources d’énergies plus vertueuses que celles utilisées aujourd’hui, même si la combustion de l’hydrogène ne produit que de l’eau, et bien sûr pas de CO2. Cependant, l’hydrogène naturel, mis à notre disposition grâce à l’activité géologique de notre planète, s’avère abondant et réparti sur tous les continents. Il s’agit cette fois d’une vraie source d’énergie primaire, dont l’étude très récente ne permet pas encore de mesurer l’importance quantitative dans notre futur énergétique. Nous faisons le point sur l’état des connaissances concernant cette ressource naturelle nouvellement découverte par l’humanité, en concluant par les perspectives envisageables si la science s’empare suffisamment efficacement de ce nouveau sujet.
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Géologie des systèmes hydrogène1. Le futur marché de l’hydrogène naturel dans le marché de l’hydrogène en général et dans celui de l’énergie
L’époque des énergies fossiles carbonées pourra être considérée comme une parenthèse très brève dans l’histoire de l’humanité, en particulier le très court moment où notre source d’énergie principale est le pétrole (environ 150 ans, période bien courte dans notre l’histoire). Plus généralement, on peut constater que l’humanité est passée de sources d’énergie solides, puis liquides, enfin gazeuses (figure 1).
Le rapport chimique carbone/hydrogène de nos sources d’énergie a décru en passant du bois (C/H entre 1 et 2,5) au charbon (C/H proche de 1), au pétrole (C/H aux environs de 0,7) au gaz naturel alias méthane (C/H de 0,25). Le point ultime de cette évolution serait évidemment le gaz hydrogène (ou dihydrogène), avec un rapport C/H = 0. Le gaz hydrogène H2 représente aujourd’hui un chiffre d’affaires mondial d’environ 260 milliards de dollars, et un volume représentant 26 % du volume de « gaz naturel » (méthane), soit 1 053 milliards de mètres cubes ou 94 millions de tonnes en 2021, la production de méthane étant d’environ 4 050 milliards de mètres cubes. Il s’agit donc d’un marché très important, mais limité à des utilisations principalement chimiques (synthèse de l’ammoniac, raffinage, figure 2). Son utilisation comme vecteur d’énergie reste extrêmement marginale.
Cet hydrogène, aujourd’hui exclusivement manufacturé, l’est à 96 % à partir de sources d’énergie carbonée, et seulement à moins de 4 % à partir d’électrolyse (figure 3). Parmi ces 4 %, l’hydrogène dit « vert », produit à partir d’électrolyse utilisant de l’électricité renouvelable (principalement photovoltaïque et éolienne) représente moins de 0,04 % de la production totale d’hydrogène (donc seulement 1 % de l’hydrogène issu de l’électrolyse), bien que ce soit surtout de cet hydrogène vert dont on parle dans les médias et dans les programmes des gouvernements (figure 3). Le reste de l’hydrogène produit par électrolyse (3,96 %) est un sous-produit de la production de chlore et de soude, avec des sources d’électricité...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - ABRAJANO (T.A.), STURCHIO (N.C.), KENNEDY (B.M.), LYON (G.L.), -MUEHLENBACHS (K.), BOHLKE (J.K.) - Geochemistry of reduced gas related to serpentinization of the Zambales ophiolite, Philippines. - Appl. Geochem., 5(5-6), p. 625-630 (1990). https://doi.org/10.1016/0883-2927(90)90060-I
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(5) - ARROUVEL (C.), PRINZHOFER...
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