L'Hydrogène Naturel : Le Chaînon Manquant de la Transition Énergétique ?

Publication: 07/08/2023

La transition énergétique est un défi mondial de taille pour limiter le réchauffement climatique à 1,5°C par rapport aux niveaux préindustriels, comme le stipule l'Accord de Paris. Parmi les solutions proposées, l'hydrogène émerge comme un vecteur énergétique clé pour décarboner des secteurs difficiles à électrifier, comme l’industrie lourde, le transport maritime et l’aviation. Mais peu connaissent l'hydrogène naturel, une ressource souvent négligée malgré son potentiel. Cet article explore l'hydrogène naturel, son histoire, son potentiel dans la transition énergétique et les défis associés à son exploitation.

L’histoire de l'hydrogène remonte à plus de 200 ans. Ce gaz, l'élément le plus léger et le plus abondant dans l’univers, a été observé pour la première fois en 1671 par le chimiste britannique Robert Boyle. Toutefois, ce n’est qu'en 1766 que le chimiste Henry Cavendish l’a isolé et l’a identifié comme un gaz distinct. Cavendish a également démontré que, lorsqu'il brûle, l'hydrogène forme de l'eau, une découverte qui a jeté les bases de la compréhension de ses propriétés chimiques.

Au 19e siècle, l'hydrogène a gagné en popularité, surtout après l’introduction de la pile à combustible par William Grove en 1839. Cette invention a mis en lumière le potentiel de l’hydrogène comme source d'énergie propre, ouvrant la voie à des explorations futures.

Au 20e siècle, l'hydrogène a été principalement utilisé dans l’industrie chimique pour la production d'ammoniac, un composé clé dans les engrais. C’est aussi à cette époque que l’hydrogène a commencé à être vu comme une alternative potentielle aux combustibles fossiles pour produire de l'énergie, bien que la production industrielle de l'hydrogène reste encore aujourd'hui largement basée sur des procédés polluants (comme la production à partir de gaz naturel).

En 2000, la question de l’hydrogène en tant que "carburant de demain" a pris de l’ampleur avec la publication de divers rapports des agences internationales, comme l'Agence Internationale de l’Énergie (AIE), soulignant le potentiel de l’hydrogène dans la réduction des émissions de CO₂ et son rôle crucial dans la transition énergétique. Le "Plan National Hydrogène" a été lancé en 2004 en Europe, amorçant un réel intérêt pour cette technologie.

A. Qu'est-ce que l'hydrogène naturel ?

L'hydrogène naturel (ou hydrogène natif) est du dihydrogène (H₂) qui se forme naturellement dans le sous-sol terrestre, à travers des processus géochimiques. Il est généralement produit par des réactions entre l'eau et certaines roches ultrabasiques riches en fer, un processus appelé serpentinisation. Ce phénomène peut se produire dans des failles géologiques ou des réservoirs sous-marins, et il génère des volumes d’hydrogène qui peuvent s'échapper à la surface sous forme de gaz.

Ce type d’hydrogène est souvent comparé à l’hydrogène vert (produit par électrolyse de l'eau à l’aide d’énergie renouvelable), à l’hydrogène bleu (produit à partir de gaz naturel avec capture de CO₂), et à l’hydrogène gris (produit à partir de gaz fossiles sans capture de CO₂).

B. Où trouve-t-on de l'hydrogène naturel ?

Des gisements d'hydrogène naturel ont été détectés dans plusieurs régions du monde. Les réserves les plus prometteuses se trouvent dans des pays comme la Russie, les États-Unis, la France, et plus récemment au Mali. En Russie, un gisement a été découvert dans la région de l'Oural, où des émanations d’hydrogène sont observées depuis des décennies.

L’Agence Internationale de l'Énergie (AIE) a estimé que les réserves mondiales d'hydrogène naturel pourraient atteindre 5 000 milliards de tonnes, ce qui est largement supérieur aux ressources actuellement exploitées par des procédés industriels. Cependant, l'extraction d'hydrogène naturel à grande échelle reste limitée par l'absence d'infrastructures adaptées et la difficulté d'exploitation des ressources géologiques.

A. Une source d'énergie abondante et continue

Contrairement à l’hydrogène vert, dont la production dépend de l’ensoleillement et du vent, l’hydrogène naturel est une source d’énergie disponible en continu, 24 heures sur 24. Sa stabilité en fait une alternative idéale pour remplacer les combustibles fossiles, qui sont polluants et non renouvelables. De plus, l’hydrogène naturel peut être stocké et utilisé comme source d’énergie à long terme, facilitant ainsi la gestion de l’intermittence des énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien.

B. Des coûts de production potentiellement réduits

L’hydrogène naturel pourrait offrir des avantages économiques majeurs. Selon une étude de l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE), la production d'hydrogène vert reste encore coûteuse en raison des équipements nécessaires pour l'électrolyse et de la dépendance à des sources d'énergie renouvelables intermittentes. En comparaison, l’hydrogène naturel ne nécessite pas de ces infrastructures coûteuses, et son extraction pourrait être bien moins énergivore.

L’extraction d’hydrogène naturel pourrait réduire les coûts par rapport à l’hydrogène "gris" produit à partir de gaz fossiles, qui coûte environ 1,5 USD par kilogramme, en tenant compte des émissions de CO₂ associées à la production. Selon certaines estimations, l’hydrogène naturel pourrait être produit à un coût inférieur à 1 USD par kilogramme.

C. Une solution pour décarboner les secteurs difficiles à électrifier

L’hydrogène naturel est particulièrement prometteur pour les secteurs difficiles à décarboner, tels que l’industrie lourde, le transport maritime et l’aviation. Selon l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE), ces secteurs représentent environ 23 % des émissions mondiales de CO₂. L’hydrogène pourrait remplacer les carburants fossiles dans ces domaines et ainsi réduire les émissions de gaz à effet de serre de manière significative.

A. Freins technologiques

L’un des principaux obstacles à l'exploitation de l’hydrogène naturel est le manque de technologies matures pour son extraction et son stockage. À l’heure actuelle, les technologies de capture et de transport d’hydrogène naturel ne sont pas encore développées à grande échelle, et les infrastructures nécessaires pour transporter l'hydrogène sur de longues distances manquent.

B. Enjeux réglementaires et environnementaux

L'exploitation de l’hydrogène naturel soulève également des questions réglementaires. Le cadre juridique pour l'extraction de l'hydrogène naturel n'est pas encore bien défini dans de nombreux pays, ce qui crée de l'incertitude pour les investisseurs. Par ailleurs, bien que l'hydrogène naturel soit une ressource potentiellement "propre", les impacts environnementaux liés à son extraction, comme la perturbation des écosystèmes locaux, doivent être soigneusement évalués.

C. Manque de recherche et d'investissements

Le manque de recherche et d'investissements dans l'hydrogène naturel reste une barrière importante. Selon le World Energy Investment Report 2021 de l’AIE, seulement 2 % des investissements mondiaux dans le secteur de l’hydrogène sont alloués à l’hydrogène naturel, malgré son potentiel.

A. Modèle économique et initiatives actuelles

Des projets pilotes dans des pays comme la Russie et les États-Unis montrent qu’il est possible d’exploiter l’hydrogène naturel à petite échelle. Par exemple, dans la région de l’Oural en Russie, des réserves d’hydrogène ont été détectées et certaines entreprises ont commencé à explorer leur extraction. Toutefois, à l’échelle mondiale, l’exploitation à grande échelle reste encore limitée par l’absence d’infrastructures et de technologies adaptées.

B. Perspectives à moyen et long terme

À moyen terme, l’hydrogène naturel pourrait être intégré dans le mix énergétique, surtout dans les régions où l’exploitation d'hydrogène vert n'est pas viable en raison de la faible disponibilité d'énergies renouvelables. À long terme, il pourrait devenir un pilier essentiel d’une économie décarbonée, en complément de l’hydrogène vert et d’autres sources d'énergie renouvelables.

L’hydrogène naturel représente une solution potentielle pour renforcer la transition énergétique. Ses avantages en termes d’abondance, de coûts de production et de disponibilité constante font de lui un atout stratégique pour remplacer les combustibles fossiles. Toutefois, son exploitation à grande échelle nécessite de surmonter des obstacles technologiques, réglementaires et environnementaux. Une exploration approfondie et des investissements conséquents dans cette ressource sont nécessaires pour exploiter pleinement son potentiel.