De l’hydrogène blanc découvert dans des roches du Bouclier canadien vieilles d’un milliard d’années

Au sein du Bouclier canadien, de l’hydrogène gazeux s’accumule naturellement parmi les roches les plus anciennes de la Terre. Pour la première fois, des géochimistes de l’Université de Toronto et de l’Université d’Ottawa ont mesuré sa présence, cartographié sa concentration et suivi son accumulation à long terme, jetant un nouvel éclairage sur cette source d’hydrogène naturel, ou blanc.

Ces résultats permettent d’évaluer la viabilité économique de cette source d’énergie émergente et indiquent une nouvelle approche de l’exploration de l’hydrogène — une approche qui pourrait accélérer la réduction des gaz à effet de serre et accroître le rôle de l’hydrogène dans la transition vers une énergie propre.

Une étude publiée dans le Proceedings of the National Academy of Sciences rapporte des mesures d’hydrogène directement observé en train de s’échapper des vastes roches vieilles d’un milliard d’années du Bouclier canadien. À l’aide de données provenant d’une mine en activité près de Timmins, en Ontario, les chercheurs montrent que les forages du site libèrent en moyenne 0,008 tonne d’hydrogène par an – environ 8 kilogrammes, soit le poids d’une batterie de voiture de taille moyenne – et peuvent continuer à le faire pendant 10 ans ou plus.

En extrapolant aux près de 15 000 forages du site, on obtient un rejet total de plus de 140 tonnes d’hydrogène par an. Ces rejets pourraient fournir 4,7 millions de kilowatts d’énergie par an à partir d’un seul site – de quoi couvrir les besoins énergétiques annuels de plus de 400 foyers.

« Les données de cette étude suggèrent qu’il existe des opportunités critiques inexploitées pour accéder à une source nationale d’énergie rentable produite à partir des roches sous nos pieds », déclare la professeure universitaire Barbara Sherwood Lollar du Département des sciences de la Terre de la Faculté des arts et des sciences de l’Université de Toronto, auteure principale de l’étude. « De plus, cela fournit une ressource ‘fabriquée au Canada’ qui pourrait soutenir les pôles industriels locaux et régionaux et réduire leur dépendance à l’importation de combustibles à base d’hydrocarbures ».

L’économie mondiale actuelle de l’hydrogène est une industrie de 135 milliards de dollars. Les principales utilisations concernent la production de méthanol et d’acier, bien que la plus grande utilisation unique de l’hydrogène soit la production d’engrais, ce qui en fait un élément fondamental de l’agriculture et un élément essentiel de la sécurité alimentaire mondiale. Actuellement, l’hydrogène utilisé de ces manières est produit par des processus industriels énergivores qui convertissent généralement les hydrocarbures présents dans les combustibles fossiles tels que le pétrole, le gaz naturel et le charbon, tout en libérant du monoxyde de carbone et du CO₂ au cours du processus. Même l’hydrogène généré à partir de sources d’énergie renouvelables – souvent décrit comme hydrogène vert – est énergivore, coûteux à produire et nécessite un transport et un stockage sur de longues distances.

Jusqu’à présent, l’hydrogène blanc en tant que source d’énergie et de fabrication est largement passé inaperçu, étudié presque exclusivement par des microbiologistes cherchant à comprendre la biosphère souterraine et à éclairer l’astrobiologie et l’exploration spatiale. La contribution potentielle de l’hydrogène naturel dans la croûte terrestre à l’économie mondiale actuelle a été jusqu’à présent largement spéculative, basée sur des modèles et des quantités théoriquement disponibles, plutôt que sur des données mesurées. L’étude dirigée par l’Université de Toronto est la première à documenter de grands volumes d’hydrogène, et surtout, des rejets qui se maintiennent pendant des années.

« L’hydrogène naturel est produit au fil du temps par des réactions chimiques souterraines entre les roches et les eaux souterraines de ces roches », explique Sherwood Lollar. « Le Canada a la chance que de vastes étendues de son territoire, en particulier sur le Bouclier canadien, contiennent les bonnes roches et minéraux pour créer cet hydrogène naturel ».

Les chercheurs affirment que le Canada a le potentiel de fournir une alternative à l’hydrogène produit industriellement, en utilisant l’hydrogène naturel pour fournir des sources moins chères et plus propres de cette ressource et sans avoir besoin d’hydrocarbures. Ce développement innovant de la ressource hydrogène peut ensuite être étendu au monde entier à d’autres nations où des roches productrices d’hydrogène existent également couramment. Ils notent en outre que l’hydrogène naturel se trouve dans les plus grands volumes dans les mêmes contextes géologiques qui ont historiquement été au centre de l’industrie minière canadienne – des endroits qui incluent le nord de l’Ontario et le Québec, ainsi que le Nunavut et les Territoires du Nord-Ouest.

« Le lien commun est la roche », déclare le co-auteur de l’étude Oliver Warr, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre et de l’environnement de l’Université d’Ottawa. « L’hydrogène naturel est produit dans les mêmes roches où se trouvent les gisements de nickel, de cuivre et de diamants du Canada, et qui sont actuellement explorées pour des minéraux critiques tels que le lithium, l’hélium, le chrome et le cobalt. La colocalisation des ressources minières et de la production et de l’utilisation d’hydrogène atténue le besoin de longues routes de transport vers le marché, de stockage de l’hydrogène et de développement d’infrastructures majeures pour l’hydrogène ».

Les auteurs suggèrent que cette ressource inexploitée pourrait réduire les coûts et l’empreinte carbone des mines au Canada et fournir une source d’énergie propre locale pour les communautés nordiques. Un tel modèle de développement des ressources pourrait non seulement compenser les émissions de carbone des industries minières, mais aussi potentiellement contribuer à une réduction significative des coûts élevés de transport du carburant vers les communautés des régions nordiques.

« Il y a une course mondiale pour augmenter la disponibilité de l’hydrogène afin de décarboner et de réduire les coûts de l’économie existante de l’hydrogène », déclare Sherwood Lollar. « Nous avons désormais une meilleure compréhension de la viabilité économique de cette ressource, qui peut être cartographiée pour correspondre aux gisements d’hydrogène dans le monde, qu’ils soient déjà connus ou encore à découvrir ».

Article : Decadal record of continental H₂ reservoirs reveals potential for subsurface microbial life and natural H₂ exploration – Journal : Proceedings of the National Academy of Sciences – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : Toronto U.