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L’hydrogène naturel sera-t-il le nouveau pétrole ? Certains veulent le croire, quand d’autres redoutent une énième façon de repousser les appels à la sobriété. Reportage à Saint-Avold, en Lorraine, où il a été détecté. Un dossier de Laure de Hesselle
Saint-Avold, quinze mille habitantes et habitants. Dans son artère qui se voudrait encore commerciale malgré les surfaces vides qui la ponctuent, un homme passe : un costume un peu trop grand pour lui, un Stetson vissé sur la tête, on le croirait tout droit sorti d’un épisode de Dallas, à la recherche d’un puits de pétrole. Vient-il dans ce petit coin de Lorraine pour prospecter ?
A lire la presse, pourquoi pas ? Car à quelques kilomètres de là, dans la commune voisine de Folschviller, au milieu d’un terrain vague entre deux parkings et sous les pieds d’un conteneur jaune et bleu, s’étendrait potentiellement « le plus gros gisement d’hydrogène naturel jamais trouvé sur la planète », un gisement qui pourrait « contenir environ 46 millions de tonnes d’hydrogène naturel », soit « plus de la moitié de la production annuelle mondiale d’hydrogène gris aujourd’hui ! » « C’est du jamais vu, c’est énorme », s’exclament les scientifiques du laboratoire GeoRessources de l’université de Lorraine, Philippe De Donato et Jacques Pironon, auteurs de cette fameuse trouvaille.
La découverte a eu lieu presque par hasard, alors que les géologues cherchaient à vérifier la composition des gaz existants – dont principalement le méthane – dans l’eau de l’aquifère, la couche souterraine de roches perméables de ce sol parcouru par des veines de charbon. Une sonde innovante est créée en collaboration avec la société Solexperts et descendue lentement dans un puits existant (lire en p.78). 200 mètres de profondeur, 600 mètres de profondeur… Le méthane se révèle pur à 95 %, sans gaz pénalisant une éventuelle exploitation. Mais s’y mélange notamment de l’hydrogène, en des proportions sans cesse croissantes. « Nous sommes descendus prudemment, ne sachant pas quelle pouvait être la résistance de la sonde à la pression, se souviennent Jacques Pironon et Philippe De Donato. Fin juillet, au bout d’un an et demi, nous avons atteint le fond du puits, à 1250 mètres. Avec une proportion d’hydrogène qui atteint les 20 % ! » Une progression en ligne droite, que les chercheurs ont mathématiquement prolongée. Ils établissent une hypothèse : un hydrogène pur à 90 % à 3 000 mètres de profondeur, niveau auquel il serait produit, dans un gisement qui pourrait donc en contenir près d’une cinquantaine de tonnes.
« Nous, nous ne communiquons pas de chiffres, précise cependant Antoine Forcinal, directeur général de la Française de l’Energie, société propriétaire du puits et partenaire de ces recherches. Attention à la différence entre ressources [présentes dans le sous-sol] et réserves [véritablement exploitables, y compris économiquement]. Mais si ces hypothèses se confirment, cela peut changer la donne au niveau régional et national. »
Nouvel or blanc
Cette annonce lorraine est l’une des manifestations de l’intérêt grandissant pour l’hydrogène natif, naturel ou blanc, produit naturellement dans notre sous-sol par diverses réactions géochimiques ou s’échappant du cœur et du manteau terrestre. Un peu partout dans le monde, des prospections se lancent, des start-up investissent dans la recherche de ce qui est présenté par certains comme un nouveau pétrole… ayant l’avantage incomparable de n’émettre que de l’eau à sa combustion.
L’hydrogène naturel a pourtant toujours été là. « Nous savons qu’il existe depuis le milieu du 20e siècle, témoigne Aurore Richel, professeure à l’ULiège, spécialiste de la chimie des ressources renouvelables. Mais il n’a pas eu la cote pendant longtemps : l’hydrogène synthétique, fabriqué, suffisait à nos besoins, on ne s’en préoccupait donc pas. » Pas recherchée, sa présence est même quasi niée quand elle est détectée par hasard. « Les éventuelles découvertes sont souvent expliquées comme des exceptions ou des erreurs des appareils de mesure », raconte Viacheslav Zgonnik, chercheur en géochimie et fondateur de la start-up Natural Hydrogen Energy, première à forer aux Etats-Unis, au Nebraska, à la recherche de ce nouvel or blanc. Sa présence est reconnue dans des volcans, dans des mines, dans certains fonds marins, puis là où se forment des « cercles de fée », grands ronds légèrement affaissés sans végétation… Ponctuellement, de manière presque anecdotique. Pourtant, en effectuant en 2020 une synthèse de la recherche scientifique autour de ce sujet, le géochimiste découvre un inventaire bien plus large qu’attendu. « J’imaginais trouver une cinquantaine de textes, ils étaient dix fois plus nombreux ! Mais l’hydrogène n’était bien souvent pas le thème central de l’article. »
« L’hydrogène naturel représente une solution parfaite, qui peut permettre aux énergies renouvelables de vraiment gagner le terrain »
Viacheslav Zgonnik, chercheur en géochimie et fondateur de la start-up Natural Hydrogen Energy
Cependant les temps changent. Dans la quête d’une transition énergétique, l’hydrogène est devenu depuis quelques années une énergie « à la mode ». « Avec l’émergence des considérations environnementales, de la nécessité de ‘‘défossiliser’’ nos sociétés, il est apparu comme une molécule miracle puisque son usage s’accompagne de moins de dioxyde de carbone, constate Aurore Richel, et beaucoup de pays européens développent à présent des politiques en sa faveur. » La volonté de réduire notre dépendance aux énergies importées – encore renforcée par la guerre en Ukraine – a paré l’hydrogène de vertus, lui donnant à la fois « une image verte et de sécurisation des ressources », permettant d’assurer l’électricité de base en complément des énergies renouvelables intermittentes. Celui utilisé et promu aujourd’hui est entièrement synthétique, fabriqué au moyen d’une autre source d’énergie. « Il a beaucoup de limites, poursuit la chimiste : ce n’est pas si facile de le produire, ni toujours si écologique, il n’a pas autant d’applications qu’on pourrait le croire, et il peut poser des problèmes éthiques d’accaparement lorsque sa production est délocalisée dans des pays du Sud, pour avoir par exemple un taux d’ensoleillement suffisant s’il est fabriqué avec l’énergie solaire. »
Mais cet intérêt général pour l’hydrogène a attisé celui pour l’hydrogène naturel. Qui lui, source primaire, ne devant pas être transformé, permettrait de lever une série de ces limites. Et Viacheslav Zgonnik ne cache pas son enthousiasme pour cette énergie « non fossile, non carbonée, renouvelable ». Alors que l’hydrogène fabriqué coûte très cher, concurrençant ainsi difficilement les énergies fossiles, « le coût d’extraction de l’hydrogène natif devrait être faible – il est estimé à moins d’un euro du kilo, c’est extrêmement attractif ! Le naturel représente une solution parfaite, qui peut permettre aux énergies renouvelables de vraiment gagner le terrain. »
Circonspection et attentisme
Il n’existe actuellement qu’un seul gisement exploité, au Mali. En 1987, à la recherche d’eau potable, un puits d’une centaine de mètres est foré à Bourakebougou, un village non loin de Bamako. Il est sec, mais lorsque le foreur qui l’inspecte allume une cigarette, ce qui s’en échappe prend feu. Il faudra un mois pour l’éteindre et, devant le danger qu’il semble représenter, le colmater. Ce n’est que vingt ans plus tard qu’une société à la recherche d’hydrocarbures le réouvre, y découvrant alors de l’hydrogène naturel. Transformé localement en électricité, il alimente le village pendant sept ans, sans grande variation de pression. Un constat qui permet de penser qu’en plus d’être sans émission de CO2 à la combustion, il serait également renouvelable, les réactions géochimiques se poursuivant en continu.
Depuis, les chercheurs d’or d’un nouveau genre se multiplient. Au gré des législations – il faut pouvoir obtenir un permis – de petites sociétés sondent les terrains qui semblent prometteurs. Déceler de l’hydrogène n’est cependant pas suffisant pour rendre un site exploitable. D’études géologiques en analyses géophysiques, en passant par des enquêtes de terrain, Viacheslav Zgonnik a ainsi mis dix ans avant de se concentrer sur son terrain du Nebraska. Car il faut des clients potentiels, une main-d’œuvre compétente et des dispositifs techniques disponibles – globalement les mêmes que pour le secteur fossile, mais du coup pas présents partout, particulièrement en Europe. Par ailleurs, il faut aussi un certain goût du risque. « Montrer qu’on peut trouver de l’hydrogène sans que ce soit par hasard va booster le marché, affirme le startupeur. Il faut réaliser des analyses, des forages… cela coûte cher mais la promesse est tellement importante que cela en vaut la peine ! »
Aurore Richel, elle, est beaucoup plus circonspecte. « Les grands acteurs du secteur sont attentistes, notamment parce qu’ils ne sont pas sûrs de la rentabilité économique de ces projets. » Alors même que d’importants investissements sont faits pour la production d’hydrogène de synthèse ou pour la capture du CO2… « Par ailleurs, les ressources fossiles ont eu un impact considérable et admettre que depuis des années nous serions assis sur des réserves décarbonées ce serait reconnaître ses torts. »
« Attention à la simplification outrancière, changer d’énergie, développer un nouvel écosystème prend du temps. Faire miroiter aux consommateurs des ressources à profusion envoie un mauvais message »
Aurore Richel, professeure à l’ULiège, spécialiste de la chimie des ressources renouvelables.
D’autant que pour l’instant beaucoup de connaissances sur l’hydrogène blanc manquent encore et ne sont qu’au stade de la spéculation. Comment se forme-t-il, se renouvelle-t-il vraiment, de quelles quantités parle-t-on ? Les questions sont aussi nombreuses quant à sa potentielle exploitation. « Le point clé c’est l’extraction, estiment ainsi Philippe De Donato et Jacques Pironon, penchés sur leur puits mosellan. Il faut trouver une méthodologie… » Molécule minuscule, elle n’est pas non plus facile à stocker ni à transporter.
Face aux annonces sensationnelles, certains s’inquiètent du potentiel démobilisateur de la promesse d’une « nouvelle » énergie abondante et vertueuse. « Attention à la simplification outrancière, signale Aurore Richel, changer d’énergie, développer un nouvel écosystème prend du temps. Faire miroiter aux consommateurs des ressources à profusion envoie un mauvais message – ‘‘ce n’est pas grave, la science trouvera la solution’’ –, au risque de déforcer les véritables mesures à prendre. Il faut surtout raisonner nos consommations ! » – Laure de Hesselle
Philippe De Donato et Jacques Pironon, directeurs de recherche à l’Université de Lorraine, passent beaucoup de temps dans ce conteneur, à recueillir puis analyser les gaz présents dans son sous-sol. © Laure de Hesselle
Pouvant être fabriqué de diverses façons, avec des conséquences différentes sur l’environnement, l’hydrogène est qualifié par des couleurs.
Noir : à partir du charbon, le plus émetteur de CO2
Gris : produit par vaporeformage de gaz fossiles, c’est le plus courant car le moins cher, mais il est très polluant.
Bleu : hydrogène gris dont le CO2 émis est capté et stocké
Vert : issu de l’électrolyse de l’eau au moyen d’électricité d’origine renouvelable, il bénéficie de nombreux financements publics
Rose : produit par électrolyse mais avec de l’électricité issue du nucléaire
Blanc : hydrogène naturel
Serait-ce la « vocation » de la Lorraine que de fournir de l’énergie ? Balade entre fierté du passé minier, résignation ou ras-le-bol d’être « la poubelle » du pays, charbon, hydrogène et gaz de couche.
« Moi, ce hasard de calendrier me met la puce à l’oreille. » A Saint-Avold, des réserves s’expriment du côté d’Apel57, l’Association pour la préservation de l’environnement local. « Je ne pense pas que l’exploitation de l’hydrogène naturel soit une réalité proche, commente Marieke Stein, membre du collectif et enseignante-chercheuse spécialiste des controverses autour de l’énergie. Mais cette découverte permet de maintenir les activités de recherche et la présence de la Française de l’Energie. » « Quelles techniques vont-ils utiliser ? Nous n’en savons rien, nous ne pouvons pas vraiment donner un avis », regrette Anaelle Lantonnois, membre de l’Apel57 elle aussi.
Après les mines de charbon – la dernière n’a fermé qu’en 2004 – l’hydrogène naturel sera-t-il un jour extrait du sol de la région ? Ce serait une nouvelle incarnation de la longue liste des « services » énergétiques fournis par la Lorraine… A Saint-Avold, le chevalement du puits de Sainte-Fontaine dresse toujours sa silhouette orangée, et les tours de la centrale à charbon ornent le décor. Cette dernière tourne encore à la demande, sa vie prolongée suite à la crise énergétique. Et si Marieke et Anaelle se posent des questions, c’est qu’elles se battent depuis plusieurs années contre les projets de la Française de l’Energie qui, bien avant d’avoir ce soupçon d’une source d’hydrogène blanc, cherche à extraire du gaz de couche (composé de méthane à 95%) emprisonné dans des veines de charbon inexploitées par les mineurs d’hier. « Nous voulons remplacer par du gaz local les importations de gaz de schiste étatsunien, argumente Antoine Forcinal, directeur général de la société, cela permet de diviser par dix l’empreinte carbone. » « Mais c’est sortir des énergies fossiles qu’il nous faut, répond Juliette Renaud, responsable de campagne aux Amis de la Terre, pas ouvrir un nouveau projet, ni ici ni ailleurs. Nous avons d’énormes marges de progression du côté de la réduction des consommations. Il ne s’agit pas de remplacer du gaz par du gaz, mais bien d’aller vers la sobriété. » Philippe De Donato et Jacques Pironon, les géologues de l’Université de Lorraine qui sondent le sous-sol local sont dubitatifs. « Nous ne nous passerons pas comme ça des énergies fossiles, pourquoi en importer si nous en avons sous nos pieds ? »
Emploi ou environnement
En Lorraine, l’âge de la mine « est encore synonyme d’âge d’or dans la tête de beaucoup, constate Loïc Steinmetz, un jeune habitant, militant de gauche et observateur de la vie locale, avec un certain respect du notable, mais aussi une sorte de fatalisme, le sentiment qu’ ‘‘on s’en fout de nous’’. Et qu’une industrie polluante de plus ou de moins ne changera pas grand-chose. » Les craintes vis-à-vis de l’emploi sont vives, et la réouverture de la centrale à charbon a par exemple été plutôt bien accueillie. « Quand ça pue c’est qu’il y a de l’emploi », s’est ainsi entendu répondre Marieke Stein. « On oppose sans cesse environnement et travail, regrettent Mélanie Gwozdecki et Loïc Schwindling, responsables locaux d’Europe Ecologie les Verts. Les gens sont assez désabusés, ne se réveillent que si un projet néfaste est vraiment à côté de chez eux. » Contre le gaz de charbon militent ainsi plutôt des personnes souvent moins liées au passé minier, travaillant à l’extérieur de la région, dans les services, mais attachées à leur environnement – finalement assez vert en de nombreux endroits.
A Lachambre, le long d’une départementale, Anaelle Lantennois longe un grillage vert qui entoure une grande dalle de béton. Sur ce rectangle d’un hectare, quelques conteneurs, et au centre, une tête de puits. « Ce sont quarante plateformes comme celles-ci, comprenant jusqu’à dix puits chacune, qui sont envisagées dans leur demande de permis, sur 200 km² autour de Saint-Avold. » Par puits, un forage vertical, d’où partent une série de drains horizontaux. « Soit des kilomètres de drains dans un sous-sol avec des failles, dont on sait très peu de choses. Pour leurs forages d’exploration déjà ils ont connu beaucoup de soucis, entre pompage accidentel de l’eau de la nappe phréatique et charbon si dur qu’il leur a fallu un an [au lieu de trois mois normalement] pour forer le puits », raconte la militante.
Artificialisation de terres agricoles, craintes de potentielles fuites de méthane lors de l’exploitation, de pollution de la nappe phréatique traversée par les forages, bruit, circulation de camions, consommation d’eau lors de la réalisation de ceux-ci… Cette extraction d’un gaz non-conventionnel, même s’il est promis par l’entreprise sans fracturation (aujourd’hui interdite en France), lui fait craindre une vraie dégradation de son environnement. « Les autorités n’arrêtent pas de dire qu’il faut revaloriser la région, ce n’est pas avec des choses comme ça qu’elles vont y parvenir ! Et puis il y a bien du gaz, mais la société a extrait en un an ce qu’elle aurait dû retirer en un jour pour être rentable », remarque l’opposante au projet, qui soupçonne plutôt aujourd’hui un objectif de communication boursière et financière.
La Française de l’Energie, elle, explique qu’il ne s’agit que d’une phase exploratoire. Et se voit plutôt à présent s’insérer dans le tissu industriel prévu dans la région, axé sur l’hydrogène synthétique, en projetant de transformer ce méthane potentiellement extrait en hydrogène, et en stockant dans le charbon le CO2 émis. Tout en précisant que les techniques pour ce faire « ne sont pas encore suffisamment développées pour la grande échelle ».
Ces arguments n’ont toutefois pas convaincu l’Etat français : celui-ci lui a refusé le permis d’exploitation cet été, estimant que « l’entreprise n’a démontré ni sa capacité technique à extraire le gaz de couche ni l’exploitabilité du gisement ». A l’inverse du Tribunal administratif de Strasbourg, qui quelques semaines plus tard, en appel, ordonne à l’Etat d’accorder le permis. Ce dernier devrait faire appel à son tour, les associations consultent leurs avocats… Le débat n’est certainement pas clos. « Quoi qu’il advienne, pour qu’une concession soit refusée par l’Etat il faut vraiment que le projet ne tienne pas debout, estime Marieke Stein. Je suis convaincue qu’il va s’éteindre. L’entreprise veut maintenir son discours pour ses actionnaires. Et l’hydrogène blanc lui donne l’occasion de relancer son activité spéculative. »
A quelques kilomètres du puits prometteur de Folschviller, aux pieds de la centrale au charbon, un pôle de chimie verte se développe peu à peu. On attend du recyclage de plastique PET, du solvant à partir de sciure de bois, ou produit déjà de l’acide avec de la betterave… Jacques Pironon et Philippe De Donato, eux, comptent bien poursuivre leurs investigations – sonder plus profond, tester d’autres puits. Et espèrent voir confirmer leur intuition. Mais si l’hydrogène est bien présent, pourra-t-il être récupéré ? Comment ? Endéans des délais qui ont un sens écologique ? Saint-Avold n’en a pas fini avec l’énergie ni les questions que pose sa production. – L.d.H.
Le gaz de mine est ce qu’on appelle le grisou. Il s’accumule naturellement dans les anciennes mines, et sa récupération (assez simple, les anciens puits peuvent être utilisés) par des techniques passives permet à la fois de produire de l’électricité et souvent de la chaleur, tout en évitant les émissions de méthane dans l’atmosphère et les risques d’explosion. Une exploitation incontestablement bénéfique, notamment en cours en Wallonie et dans le nord de la France.
Le gaz de couche (ou de charbon ou de houille) est également du méthane, emprisonné dans les micropores du charbon là où il n’a pas été exploité. Son exploitation nécessite des techniques actives, par pompage de l’eau ou par « fracturation », avec l’injection de produits.
