En 1987, un ouvrier a allumé une cigarette près d’un nouveau puits près du village de Bourakebougou au Mali.
Mais alors qu’il le faisait, une explosion se répercuta à l’intérieur du puits. Nous savons maintenant que cela était dû à des nuages d’hydrogène inflammable non détectés auparavant s’échappant d’un réservoir de gaz situé sous le trou.
Le puits de Bourakebougou est le le premier et le seul au monde puits d’hydrogène productif. Mélangé à l’oxygène dans les piles à combustible, l’hydrogène – la molécule la plus petite et la plus simple qui existe – peut produire de l’électricité sans émissions de gaz à effet de serre et avec uniquement de la chaleur et de l’eau comme sous-produits. Cela fait de l’hydrogène une source d’énergie propre, et la demande devrait augmenter. quintupler d’ici 2050 pour produire de la microélectronique, approvisionner l’industrie et alimenter des véhicules et des bâtiments.
Les sociétés d’exploration des ressources se précipitent désormais pour trouver des réservoirs d’hydrogène naturel, également connu sous le nom d’hydrogène « doré ». Pour les aider, les scientifiques ont identifié les « ingrédients » clés nécessaires à la formation de telles accumulations. Et grâce à ces connaissances, les techniques permettant de stimuler ou d’imiter la production naturelle d’hydrogène, autrefois considérées comme impraticables, gagnent du terrain, ont déclaré des experts à Live Science.
« Nous continuons à en trouver de plus en plus, à mesure que nous commençons à le chercher », Geoffrey Ellisun géochimiste pétrolier de l’US Geological Survey, a déclaré à Live Science.
Changement de paradigme
L’hydrogène est une source d’énergie, mais c’est également un composant essentiel des engrais, du pétrole raffiné et du carburant pour fusée. Industrie produit la quasi-totalité de son hydrogène en chauffant du gaz naturel avec de la vapeur pour former un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone à partir duquel l’hydrogène peut être extrait.
Cette méthode produit de l’hydrogène « gris » et pompe environ 1 milliard de tonnes (920 millions de tonnes métriques) de dioxyde de carbone dans l’atmosphère chaque année – l’équivalent de 2,4% des émissions annuelles mondiales. En théorie, les énergies renouvelables peuvent remplacer le gaz naturel pour générer de l’hydrogène « vert », tandis que l’hydrogène « bleu » est fabriqué à partir de combustibles fossiles mais avec captage du carbone, ce qui signifie que le carbone ne pénètre pas dans l’atmosphère. Mais ceux-ci ne représentent collectivement qu’une infime fraction de la production mondiale d’hydrogène.
« L’hydrogène est une source d’énergie propre, mais la manière dont vous l’obtenez est essentielle », Chris Ballentineprofesseur de géochimie à l’Université d’Oxford, a déclaré à Live Science.
Cependant, une nouvelle source d’hydrogène pourrait réduire considérablement l’empreinte carbone de l’industrie, car il s’avère que d’énormes quantités d’hydrogène peuvent s’accumuler sous terre. Les scientifiques savent depuis longtemps que les roches de la croûte terrestre produisent de l’hydrogène, mais les experts avaient déjà conclu que le gaz ne pouvait pas s’accumuler dans les réservoirs car seules de minuscules concentrations de gaz se trouvaient dans les puits de pétrole et de gaz.
La découverte au Mali a renversé cette théorie. Les chercheurs ont réalisé que les endroits où les entreprises forent du pétrole et du gaz ne sont pas les meilleurs endroits pour trouver de l’hydrogène.
Des réservoirs massifs, à découvrir
La découverte du Mali a lancé une chasse mondiale aux réservoirs d’hydrogène. Mais avant que les géologues ne lancent des projets d’exploration coûteux, ils doivent avoir une idée de la quantité d’hydrogène qui pourrait se cacher sous terre.
De nouvelles estimations suggèrent qu’il s’agit d’un montant faramineux. La croûte continentale de la Terre a produit suffisamment d’hydrogène au cours du dernier milliard d’années pour répondre aux besoins énergétiques actuels de la société pendant 170 000 ans, selon une étude récente de Ballentine et de ses collègues. Même si une grande partie de cet hydrogène s’est échappée dans l’atmosphère, ce chiffre constitue « un point de départ pour réaliser que la production d’hydrogène dans la croûte est importante », a déclaré Ballentine.
D’autres estimations doublent le chiffre de l’article Ballentine. Les ophiolites sont des morceaux de croûte océanique qui ont été poussés sur la croûte continentale, et certaines estimations suggèrent que ces restes de croûte océanique pourraient produire autant d’hydrogène que la croûte continentale, a déclaré Ballentine.
Mais quelle quantité de cet hydrogène reste-t-il dans la croûte terrestre ? En 2024, Ellis et ses collègues ont calculé que la planète contient 6,2 billions de tonnes (5,6 billions de tonnes) d’hydrogènesoit environ 26 fois la quantité d’huile connu pour être laissé dans le sol. L’endroit où se trouvent ces stocks d’hydrogène est largement inconnu. La plupart sont probablement trop profonds ou trop éloignés des côtes pour être accessibles, et certains réservoirs pourraient être trop petits pour valoir la peine d’être extraits – mais les chercheurs ont souligné que seulement 2 % de l’hydrogène total pourrait supplanter nos combustibles fossiles actuels pendant 200 ans.
« Le potentiel qui existe là-bas est assez, assez important », a déclaré Ellis. De plus, l’hydrogène naturel, contrairement à celui produit par des procédés industriels, est doté d’un stockage intégré car il se trouve dans la croûte terrestre. Son empreinte carbone est également beaucoup plus faible que celle de l’hydrogène fabriqué, les émissions provenant uniquement de l’extraction, a déclaré Ellis.
Les ingrédients
En janvier 2025, Ellis et ses collègues a publié une carte indiquant où pourraient se trouver des réservoirs d’hydrogène dans les 48 États inférieurs des États-Unis. Les chercheurs ont utilisé des données gravitationnelles et des signaux magnétiques pour estimer la composition des roches de la croûte terrestre et déterminer où l’hydrogène aurait pu migrer sous terre.
« C’était la première fois que quelqu’un tentait de réaliser ce type d’exercice de cartographie », a déclaré Ellis.
Les chercheurs ont estimé la probabilité de réservoirs d’hydrogène productifs, appelés prospectivité, sur la base de six exigences géologiques qui produisent et piègent l’hydrogène dans la croûte terrestre. Sur la carte, la prospectivité varie de 0 à 1, 0 signifiant qu’il n’y a probablement pas d’hydrogène et 1 indiquant que l’hydrogène est très probablement présent.
Pour former un réservoir d’hydrogène, les première et deuxième exigences sont qu’une région doit disposer d’abondantes eaux souterraines et de roches productrices d’hydrogène. Les besoins en eau limitent la production d’hydrogène aux 16 kilomètres supérieurs de la croûte, Olivier Warrprofesseur adjoint de géochimie à l’Université d’Ottawa, a déclaré à Live Science.
Les roches les plus productrices d’hydrogène sont les roches riches en fer, qui génèrent de l’hydrogène par des « réactions d’hydratation », au cours desquelles l’eau réagit avec les roches. D’autres bonnes sources d’hydrogène sont les roches riches en uranium et en thorium, qui produisent des particules alpha à mesure que les éléments radioactifs se désintègrent. Ces particules alpha peuvent ensuite diviser l’eau en oxygène et hydrogène – un processus connu sous le nom de radiolyse, a déclaré Warr.
Les roches riches en fer comprennent le basalte et le gabbro. Le manteau terrestre, la couche située sous la croûte, chauffe les eaux souterraines, produisant de la vapeur qui réagit avec le fer et génère de l’hydrogène. Les roches riches en uranium et en thorium comprennent les granites, qui peuvent déclencher la radiolyse de l’eau.
La troisième exigence est que les roches mères soient très, très chaudes – entre 480 et 570 degrés Fahrenheit (250 à 300 degrés Celsius), ce qui garantit des vitesses de réaction rapides, a déclaré Ellis.
Quatrièmement, la région doit disposer de roches réservoirs capables de retenir l’hydrogène après sa production et sa migration à travers la croûte. Les roches réservoirs sont généralement des grès poreux, mais d’autres types de roches peuvent également fonctionner si elles sont très fragmentées, a déclaré Ellis.
Le cinquième critère pour former un réservoir d’hydrogène est un « joint » imperméable pour piéger le gaz à l’intérieur du réservoir. « Une chose comme un schiste, ou peut-être un sel, serait vraiment idéale pour être assise au sommet de cette roche poreuse », a déclaré Ellis. Il est crucial que le sceau existe lorsque l’hydrogène est produit, sinon le gaz s’échappe dans l’atmosphère, a-t-il déclaré.
La sixième et dernière condition est qu’il doit y avoir une activité microbienne minimale là où l’hydrogène est généré et s’accumule, car les microbes consomment de l’hydrogène, a déclaré Warr.
Ces six conditions, ou ingrédients, se retrouvent sur tous les continents, a déclaré Ballentine. Actuellement, les sociétés d’hydrogène forent des puits d’exploration principalement sur le Rift Midcontinental – là où l’Amérique du Nord a commencé, mais a finalement échoué, à se diviser il y a 1 milliard d’années — qui est abondant dans les roches riches en fer.
Regarder vers l’avenir
Les chercheurs étudient également les gisements d’hydrogène à Oman, où se trouvent des ophiolites. Les géologues de l’Université du Colorado sont mener un projet pilote dans le pays pour tester la faisabilité de la production « d’hydrogène stimulé », a déclaré Ellis.
La production stimulée d’hydrogène s’inspire de ce que les scientifiques ont appris sur le géologie qui produit et accumule de l’hydrogène. Il s’agit d’injecter de l’eau dans la croûte terrestre pour déclencher soit des réactions d’hydratation, soit une radiolyse.
Il y a un an, les acteurs de l’industrie de l’hydrogène étaient sceptiques quant à la possibilité de stimuler la production d’hydrogène, a déclaré Ellis. Mais maintenant, « j’ai constaté un grand changement », a-t-il déclaré.
Si nous parvenons à trouver de l’hydrogène naturel et à l’extraire, ce gaz pourrait réduire les émissions dans un large éventail de secteurs. Par exemple, on trouve de l’hydrogène en abondance dans les mines, car c’est là que les humains forent le plus profondément dans la croûte, de sorte que le gaz pourrait alimenter les opérations minières, a déclaré Warr.
L’hydrogène naturel pourrait également réduire les émissions d’industries telles que la fabrication d’engrais. « Si nous pouvons remplacer l’hydrogène généré à partir d’hydrocarbures par de l’hydrogène propre, nous pourrons alors très rapidement faire une énorme différence », a déclaré Ballentine.
L’hydrogène naturel ne résoudra pas la crise climatique, mais il peut en atténuer certains risques. « Cela doit être l’une des nombreuses stratégies », a déclaré Warr. « Nous devons simplement comprendre le véritable potentiel et comment l’exploiter au mieux. »
Certaines des principales considérations pour les entreprises sont de savoir si les avantages du développement de réservoirs naturels d’hydrogène lorsque nous les trouvons justifieraient le coût de la construction d’usines de production sur site ou de l’expédition du gaz vers les industries qui en ont besoin.
« Si vous êtes éloigné et que vous trouvez un très grand gisement de gaz, cela ne vaut peut-être pas la peine de le produire, car les coûts de mise sur le marché de l’hydrogène sont trop élevés », a déclaré Ballentine. « Il y a un compromis. »
Mais dans l’ensemble, les experts sont optimistes. « Il y a eu, je pense, plus d’une douzaine de puits qui ont été forés aux États-Unis », a déclaré Ellis. « Ils ont trouvé beaucoup d’hydrogène. »
