vignette|Feux éternels de Yanartaş (sud-ouest de la Turquie).
L'hydrogène natif, également appelé hydrogène naturel, hydrogène géologique, ou hydrogène blanc, est le dihydrogène présent dans la nature, par opposition au dihydrogène produit en laboratoire ou dans l'industrie. Il est principalement issu de la réaction de l'eau en conditions anoxiques sur des roches riches en fer(II) (serpentine, siderite) ou très radioactives, provoquant l'oxydation du fer() en fer() et la réduction concomitante des H+ de l'eau en hydrogène moléculaire (H2). Il a été trouvé dans de nombreuses roches mères, sur tous les continents sauf l'Antarctique, dans certains fonds marins (zones de dorsales essentiellement) et dans des zones situées au-delà des bassins sédimentaires où opèrent les compagnies minières et pétrogazières. L'USGS estime les réserves d'hydrogène natif à des milliards de tonnes, mais enfouies dans la croûte terrestre. Longtemps considéré comme une curiosité géologique et écologique, il suscite dans les années 2020 un intérêt de la part des mondes de l'énergie, de l'industrie et de la finance, qui se traduit notamment par la création d'un grand nombre de startups recherchant des gisements exploitables et rentables ou des méthodes d'extraction ou de dopage de la production de gisements (qui contiennent souvent aussi de l'hélium, du méthane ou du diazote).
La dénomination hydrogène blanc le distingue de l'hydrogène vert (vecteur énergétique issu des énergies renouvelables ou d'autres procédés décarbonés) et de l'hydrogène gris/brun/noir (issu de sources fossiles). L'hydrogène natif est réputé peu polluant, pourtant son exploitation s'accompagne d'émissions et de pollutions liées à son exploitation, et peut contribuer à l'effet de serre. Il pourrait permettre une exploitation à moindre coût, comparé à l'hydrogène industriel, toutefois en 2024, selon le géochimiste Viacheslav Zgonnik, cité par le MIT comme , le potentiel est énorme, mais .
Hydrogène natif et écologie marine et terrestre Dans les grands fonds marins, l'hydrogène natif et le méthane qui l'accompagne dans les sources chaudes sont depuis des centaines de millions d'années des sources d'énergie et de carbone, essentielles pour des écosystèmes entiers, que la profondeur prive de la lumière nécessaire à la photosynthèse.
Sur les continents, certaines sources hydrothermales (en Islande, par exemple). et les sources alcalines issues de roches de type péridotites montrent souvent des chapelets continus de bulles remontant des profondeurs. Ces bulles sont essentiellement composées de dihydrogène et de méthane . Au niveau des sources (et de forages exploitant ce type d'eau), la température de ces fluides hyperalcalins hébergés dans des roches dites ultramafiques dépasse rarement ., une température favorable à de riches communautés microbiennes dites extrêmophiles et chimiotrophes. Cet hydrogène et le méthane conjoint .
Il en est de même, dans la croûte terrestre, où et produits par les réactions de serpentinisation peuvent alimenter les micro-organismes et entretenir des environnements souterrains pérennes pour eux..
Origine de l'hydrogène natif De l'hydrogène natif, dit « non biogénique » ou d'origine , est continuellement engendré par différents mécanismes physicochimiques naturels, selon des processus encore mal compris.
Déterminer lesquels de ces mécanismes contribuent, et dans quelle proportion, à un gisement donné, implique des études complexes croisant des données géologiques, des analyses isotopiques et des analyses de la pression et de la composition des gaz collectés qui, ensemble, peuvent fournir des indices (profondeur., mécanismes) sur l'origine probable de cet hydrogène natif..
De nombreuses émanations d'hydrogène sont connues sur les dorsales médio-océaniques.. Dans tous les cas où il est libéré à grande profondeur, comme est la plus petite et la plus légère des molécules, il peut lentement se faufiler presque partout dans la croûte terrestre (cette molécule peut, par exemple, traverser une paroi en acier standard), et lentement diffuser « en continu » vers la surface. On ignore par quelles voies préférentielles cela se produit, et dans quels réservoirs géologiques il s'accumule. Ces sources n'ont pas encore été explorées..
Mécanismes connus Les sources connues d'hydrogène natif sont multiples..
Une partie de cet hydrogène natif pourrait provenir du noyau de la Terre, où les conditions de pression, de température et de haute radioactivité naturelle peuvent provoquer le craquage spontané des molécules d'eau en hydrogène et en oxygène. L'oxygène ainsi émis oxyde les minéraux présents, alors que l'hydrogène peut lentement remonter vers la surface de la Terre.
En divers différents contextes géologiques, dans le manteau de la Terre et dans la croûte, en profondeur (sous fortes chaleur et pression), l'eau (interstitielle ou apportée en zone de subduction) interagit avec les roches fraichement exposées. Elle peut interagir avec des agents réducteurs, les roches ultrabasiques (péridotites, dont celles des ophiolites..) et induire des réactions de serpentinisation, en provoquant des phénomènes d'oxydation. Quand une roche riche en fer ferreux (Fe2+) entre en contact avec de l'eau (de mer, de pluie ou profonde), ce fer s'oxyde en fer ferrique Fe3+ en libérant de l'hydrogène. On a montré en 2023 que la serpentinisation pouvait aussi avoir lieu à basse température, dans des environnements hyperalcalins., mais cette réaction est plus rapide et plus efficace à haute température (vers ). De telles températures sont atteintes en zone volcanique, le long de dorsales océaniques et dans les forages profonds (à plusieurs kilomètres de profondeur). Une réaction connue est la serpentinisation, qui survient sous les fonds marins (dans la croûte océanique). Les minéraux de la lave et de volcans sous-marins des rides médio-océaniques (olivine notamment) s'oxydent rapidement au contact de l'eau, en libérant de l'hydrogène. Le dihydrogène des « fumeurs » (cheminées hydrothermales de la dorsale médio-atlantique) est étudié depuis longtemps, essentiellement pour ses écosystèmes atypiques et uniques, et pour mieux comprendre l'apparition de la vie ; Charlou ont publié en 2002 une première évaluation du potentiel de cet géogénique en mer.
La décomposition des hydroxyles dans la structure des minéraux libère également de l'hydrogène natif.
Dans la radiolyse naturelle de l'eau, l'hydrogène natif est l'un des sous-produits radiolytiques de l'action de diverses désintégrations nucléaires sur l'eau.
En zone sismique et en profondeur, la friction sur les plans de failles peut stimuler la production et l'accumulation d' dans les fluides de fracture (mais en quantité plus anecdotique), par exemple, dans le bouclier précambrien..
Une hypothèse est qu'il existe une quantité d'hydrogène dit « primordial », c'est-à-dire présent depuis la formation de la Terre. Ces molécules présentes bien avant la constitution du Système solaire seraient restées piégées dans le manteau, voire dans le noyau terrestre, depuis la formation de la Terre.
À une moindre profondeur, certains microbes consomment des hydrocarbures ou d'autres formes de matière organiques fossiles. Leur métabolisme rejette alors de l'hydrogène (en quantité a priori plus faible et encore mal connue).
Enfin, l'Homme peut délibérément ou involontairement induire une production de ce type, par fracturation hydraulique (on parle de « production stimulée de du sous-sol ») ou d'autres formes d'injection d'eau. Cette eau provoque des réactions d'altération et d'oxydation de roches riches en fer, qui relâchent de l' dans le sous-sol. La fracturation hydraulique (), développée pour soutirer de plus grandes quantités de gaz de schiste, est décriée en raison de ses conséquences sur l'environnement, à court, moyen et long termes. Elle est encore expérimentale ; un projet vise, par exemple, en 2024 à étudier la possibilité de doper cette production par l'utilisation de catalyseurs ajustés à la réaction chimique souhaitée en fonction de la température, de la pression et du pH ..
Dans tous les cas cités ci-dessus, comme est la plus petite et la plus légère des molécules (elle est si petite qu'elle peut traverser une paroi en acier standard), elle peut se faufiler presque partout dans la roche de la croûte terrestre et lentement diffuser « en continu » vers la surface. Cependant, dans les zones dites « HT-HP » (haute température, haute pression), l'hydrogène devient très soluble dans l'eau, qui peut alors le transporter latéralement plus ou moins loin de sa zone d'émission.
Localisation et potentiel d'extraction En 2020, dans le contexte climatique et énergétique critique qui impose à court terme une décarbonation de l'économie, et a minima une neutralité carbone ., on a vite conclu que l'hydrogène géologique avait un intérêt comme nouvelle source énergétique..
L'hydrogène natif peut être extrait de puits, la plupart du temps avec d'autres gaz comme l'azote, le méthane ou l'hélium..
On en trouve dans de nombreuses roches mères, souvent très profondes (situées sous des bassins sédimentaires où opèrent généralement les compagnies pétrolières).. Selon N. Lefeuvre et ses collègues (2022) ..
Les géologues Alain Prinzhofer et Eric Derville ont prouvé l'existence d'importants réservoirs dans une dizaine de pays dont le Mali. et les États-Unis.. Leur potentiel reste cependant difficile à évaluer..
Des accumulations d'hydrogène ont été localement détectées à relativement faible profondeur dans la croûte terrestre. L'une d'elles, à Bourakébougou au Mali, est quasiment pure (à 96 %), à de profondeur, émise à une pression de quatre bars, et est utilisée pour produire de l'électricité.... L'intérêt pour ce gaz s'est concrétisé dans les années 2020 par la prise de permis d'exploration dans plusieurs régions de France, d'Australie, des États-Unis.. Des investissements importants sont faits dans des compagnies d'exploration visant spécifiquement cette ressource.
De nombreuses zones d'émanations sont connues au fond des océans, mais très difficilement exploitables. Un site russe découvert en 2008 pourrait faire l'objet d'une exploitation en mer.
États-Unis En , le deuxième forage d'hydrogène natif (après celui du Mali) est en cours au Nebraska..
Koloma lève de dollars en 2023..
Australie Fin 2023, une trentaine de permis ont été délivrés en Australie« Hydrogène naturel : la révolution inattendue », Les Échos, 5 décembre 2023..
France Plusieurs sources sont identifiées en France, notamment dans les Alpes et les Pyrénées, le long de failles de chevauchement dans les bassins des contreforts.. qui semblent propices à une exploration.« Recherche d'hydrogène natif », CNRS, septembre 2021., et en Lorraine.
En , une start-up française annonce avoir réuni d'euros pour développer l'extraction d'hydrogène natif en France. Elle prévoit un pilote d'extraction d'hélium dans la Nièvre début 2024..
La Nouvelle-Calédonie dispose aussi de sources hyperalcalines d'où émane du dihydrogène..
En , l'hydrogène natif est pris en compte dans le Code minier françaisHydrogène « blanc » : la France donne son feu vert aux premières recherches, Les Échos, 3 décembre 2023., ce qui permet que, mi-2023, quatre demandes de permis d'exploration pour de l'hydrogène natif soient en cours d'instruction en France : celle de la société « 45-8 Energy » dans les Pyrénées-Atlantiques, déposée conjointement avec Storengy ; celle de la société « TBH2 Aquitaine », dans le même département ; celles de la société Sudmine en Auvergne-Rhône-Alpes, dans l'Ain et le Puy-de-Dôme« Ruée mondiale sur l'hydrogène « blanc » », Les Échos, 3 juillet 2023.. Le , le premier permis d'exploration d'hydrogène natif est accordé pour cinq ans à la société TBH2 Aquitaine, dans les Pyrénées-Atlantiques.