On y vient tout doucement, mais on y vient !

L’avenir des « mobilités » propres.

 

Le pétrole a encore de beaux jours devant lui, il n’y a pas à en douter puisqu’on ne sait toujours pas quel est le niveau des stocks encore à exploiter dans les sous-sols. Ça fait pourtant plus d’un siècle qu’on creuse patiemment.

Mais avouez que c’est quand même dommage de cramer des hydrocarbures qui ont mis des siècles à être fabriqués patiemment par Dame Nature, alors qu’on en a besoin pour des applications de polymères divers qui ne sont pas nécessairement recyclables. Quand ça manquera, il n’y en aura plus…

En plus, quand ça crame, ça pue et quand tu fais le plein avec, ça salit les mains et les doigts.

 

Plus jeune, j’aurai plutôt parié sur le condensateur « à l’envers » pour remplacer les batteries et les piles alcalines, puisqu’on peut faire de l’électricité pratiquement sans limite avec divers procédés (solaires, éoliens, marins, géothermiques, etc.) nucléaires. Le condensateur se charge lentement, en revanche, ça se décharge très rapidement quand il est en fonction.

Bé je n’ai jamais eu aucun écho d’ingénieurs qui auraient pu faire l’opération inverse.

En revanche, j’étais encore gamin, je faisais volontiers l’électrolyse de l’eau avec mes transformateurs de trains électriques, jusqu’au jour où la bouteille (heureusement en plastique… à base d’hydrocarbure) a traversé ma chambre dans un énorme « bang » quand je lui ai présentée une allumette enflammée au goulot…

Je ne te vous dis pas la frayeur de mes géniteurs !

Et j’en ai fait d’autres, jusqu’à faire des panaches de fumée blanche dans la cour qui dépassait les toits de mon immeuble depuis la cour, ou des « opérations » haute-tension avec des bobines de cuivre qui ont fait claquer tous les compteurs du quartier…

Un vrai danger public !

 

Mais j’en ai tiré quelques enseignements, notamment autour de l’hydrogène. J’ai appris plus tard que ça servait de carburant aux fusées les plus modernes, mais qu’il fallait ou le compresser ou le refroidir. Or, à température ambiante, mélangé à de l’oxygène, ça « s’autoallume » avec seulement 4 % dans l’air et ça se réchauffe tout seul dans des réservoirs cryogéniques.

D’où la présence d’usine de cryogénisation au pied des stations de lancement des meilleures fusées…

D’ailleurs et depuis des années, la « Gauloisie-compétitive » refuse de miser un kopek sur l’hydrogène alors que la Chine, la Corée du sud, le Japon, l’Australie, la Californie et l’Allemagne ont franchi le pas avec des projets de milliards de dollars à la clé.

Le Japon et la Corée ont même l’intention de créer des villes nouvelles alimentées uniquement en énergie par l’hydrogène.

La « Teutonnie » vient d’annoncer, il y a moins d’un mois, son intention d’investir 9 milliards d’euros pour créer une filière de production d’hydrogène-vert, sans émissions de gaz à effet de serre.

Le « sinistre Teuton de l’économie », Peter Altmaier, veut même faire de son pays « le numéro un des technologies de l’hydrogène ».

Déjà, à la fin de l’année dernière, son homologue des transports, Andreas Scheuer, affirmait que l’hydrogène était l’un des carburants du futur et que la production d’hydrogène décarboné était « une opportunité industrielle majeure » !

Rien de moins…

 

Et puis, il y a deux ans de ça, en juin 2018, la « Gauloisie-en-retard-d’un-train » s’était bien fixée l’objectif d’un financement, modeste certes, de 100 millions d’euros par an pour développer la filière hydrogène.

Il s’agissait d’ailleurs d’une des dernières initiatives prises par le fameux « Nike-Holà-Hurle-Eau » (« la voix de son maître ») en tant que « sinistre de la Transition écologique et solidaire ». Au jour d’aujourd’hui, pas un seul euro des 100 millions annuels n’aura encore été débloqué… 

D’ailleurs, au début de l’année « anté-Conard-virus », le gestionnaire du réseau de transport d’électricité (RTE) a publié un rapport qui était un enterrement de première classe de l’hydrogène : RTE ne voit toujours aucune urgence à la transition vers de l’hydrogène « bas-carbone » et n’a clairement pas la moindre envie de voir un réseau de distribution d’hydrogène vert lui faire de l’ombre.

Mais de quoi je me mêle : Ceux qui devraient faire la gueule, ou au contraire saisir l’opportunité de se goinfrer de subvention d’avenir, ce devrait être les « pétroleux-nationaux ».

Quant à la fameuse PPE (Programmation pluriannuelle de l’énergie) pour les périodes 2019-2023 et 2024-2028, rendue officielle en avril avec 18 mois de retard, elle fait à peine allusion à l’hydrogène.

Comme quoi, chez les « sachants », on prépare toujours la dernière guerre…

 

Toutefois les choses sont peut-être en train de changer…

Le 30 juin dernier, « Pruneau-Le-Mère », à ce moment-là encore « sinistre de l’Économie et des Finances » dans le civil, aura annoncé, à la surprise générale, que le plan de relance de l’économie inclura l’hydrogène dans le cadre d’un partenariat avec nos amis d’Outre-Rhin.

« Tout le monde me dit « il faut développer l’hydrogène », j’y suis très favorable. »

Comme quoi, il suit le vent de lobbyistes : Il n’a pas d’opinion personnelle.

(Et puis quoi encore : Il faudrait aussi « penser » quand on fait ministre de la République en charge du bien commun et de l’intérêt général ?)

Par conséquent, dans les plans de relance, il y aura des éléments très forts pour développer la filière de l’hydrogène et « nous le ferons en liaison avec l’Allemagne, dans un partenariat avec l’Allemagne », a -t-il déclaré : On s’accroche au train qui passe.

Il était temps…

Il a aussi évoqué la possibilité que le pays produise de l’hydrogène propre (sans émissions de CO₂, donc par électrolyse, tant pis pour RTE !) avec de l’électricité nucléaire (alors qu’il ferme les centrales mais envisage d’en implanter de nouvelles…)

 

Par ailleurs, il faut bien comprendre qu’une expérimentation a été lancée aux États-Unis à grande échelle pour fabriquer de l’hydrogène directement dans les centrales nucléaires et, coïncidence extraordinaire, un jour plus tard, le 1^er juillet, le groupe Air Liquide a annoncé la construction de la première station d’hydrogène haute pression d’Europe.

Elle alimentera la première flotte de camions à hydrogène effectuant des trajets sur de longues distances.

Cette station de grande capacité, une tonne d’hydrogène par jour à 700 bars de pression, elle sera située sur le site d’Air Liquide à Fos-sur-Mer, en Région Provence-Alpes-Côte d’Azur et permettra 20 rechargements journaliers en quelques minutes de camions hydrogène à moteurs électrique et piles à combustibles dont l’autonomie pourra atteindre 800 kilomètres.

C’est petit, mais c’est un début.

L’hydrogène est aujourd’hui de plus en plus considéré, dans le transport lourd de marchandises, routier comme ferroviaire, maritime et même aérien, comme la seule vraie alternative aux carburants fossiles : Daimler et Volvo se sont ainsi associés, il y a trois mois, pour développer ensemble des poids lourds à hydrogène.

 

La station d’Air Liquide sera donc construite dans le cadre du projet HyAMMED1 (Hydrogène à Aix-Marseille pour une Mobilité Écologique et Durable) qui regroupe à la fois des industriels, des transporteurs, des acteurs de la grande distribution comme Carrefour, Coca-Cola European Partners et Monoprix soucieux de voir le transport de marchandises évoluer vers des solutions décarbonées.

Et la station bénéficiera aussi d’un financement de la Région PACA et de l’Europe FCH JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking).

Notez qu’une expérience assez similaire a été lancée en Suisse cette année mais avec des véhicules « plus légers », de 18 tonnes seulement.

L’une des nouveautés de la station de Fos-sur-Mer qui entrera en service début 2022 et qu’elle alimentera alors la première flotte européenne de huit camions électriques à hydrogène et pile à combustible, « lourds » de 44 tonnes spécifiquement conçus pour ce projet.

La station pourra également ravitailler des bus et autres véhicules utilitaires à hydrogène.

Rappelez-vous qu’Air Liquide, c’est du lourd : C’est un acteur industriel historique de l’hydrogène depuis 50 ans ! Il maitrise l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement, de la production au stockage, à la distribution et au développement d’applications pour les utilisateurs.

Il a ainsi déjà conçu et installé plus de 120 stations de remplissage d’hydrogène dans le monde.

Et il se convertit aujourd’hui progressivement à l’hydrogène dit « vert », fabriqué par électrolyse sans émissions de gaz à effet de serre et non plus à partir de gaz naturel.

 

Et puis je suis tombé de mon tabouret…

Si jusque-là la « mobilité hydrogène » se développe et est affichée « verte », le dihydrogène, H₂, est en principe fabriqué à 95 % en émettant du CO₂ à partir d’hydrocarbures ou en les brûlant : Aucun intérêt pour la protection des hydrocarbures.

Certains procédés consistent à séparer le carbone de l’hydrogène dans les hydrocarbures (CH₄ pour le gaz naturel) d’autres utilisent l’électrolyse pour séparer l’hydrogène de l’oxygène dans l’eau H₂O, mais avec de l’électricité encore souvent carbonée.

À l’inverse, depuis quelques années, au Mali, un village est électrifié grâce à la production d’hydrogène « natif », ou dit « naturel » : Celui qu’on trouve dans le sous-sol !

J’ai appris qu’au Mali, un puits foré pour chercher de l’eau s’est avéré sec, mais a fortuitement rencontré de l’hydrogène qui a été mis en production par la compagnie Hydroma.

L’hydrogène natif, quasiment pur dans ce cas, est directement brûlé dans une turbine à gaz adaptée, et produit l’électricité pour un petit village.

D’autres puits alentour ont été forés pour essayer de déterminer les réserves, au sens de « l’oil & gas », et de changer d’échelle.

 

Ce succès a fait voler en éclat nombre d’a priori : Beaucoup (dont moâ) croyaient en effet qu’aucune accumulation naturelle d’H₂ dans les sous-sols ne pouvait exister. Or, le puits initial produit depuis 4 ans sans baisse de pression, ce qui signifie qu’il se recharge en continu !

De plus, les mesures en surface du contenu des sols en H₂ ne montrent pas de fuites. Celles-ci étaient plutôt attendues, car la molécule d’H₂ est très petite et très réactive, et elle peut donc migrer facilement et se combiner avec d’autres molécules chimiques.

Cette découverte au Mali démontre qu’il y a des sources, mais aussi des réservoirs et des couvertures qui permettent une accumulation d’hydrogène dans le sous-sol !

Invraisemblable et pourtant, c’est un fait.

 

Rappelons que l’hydrogène est la molécule la plus commune dans l’univers (votre soleil en brûle environ 4 millions de tonnes chaque seconde, mais il n’existe qu’en très faible quantité dans l’atmosphère terrestre, moins d’une molécule sur un million. Sur Terre, on trouve l’hydrogène combiné à l’oxygène dans l’eau, au carbone dans tous les hydrocarbures et aussi sous forme libre : C’est cet H₂ qui pourrait être notre carburant de base de demain !

Fini le pétrole…

 

D’autant que l’hydrogène est un carburant dont la combustion ne crée pas de CO₂, mais de l’eau, un gros avantage pour la mobilité « verte ». Il est léger, mais par kilo il a une densité énergétique 3 fois supérieure à celle de l’essence, d’où son utilisation sous forme liquide pour le lancement d’Ariane par exemple.

À pression et température ambiante, par unité de volume, il est au contraire peu dense énergétiquement. Dans les voitures, les bus ou les trains, l’H₂ il est donc employé comprimé.

Question : Où trouver de l’H₂ vert en quantité ?

Il y a différentes solutions techniques, l’électrolyse à partir d’électricité verte en est une, une gazéification de la biomasse favorisant l’H₂ au détriment du biométhane en est une autre et la production de l’H₂ « natif » pourrait dès lors s’avérer la plus efficace.

Pourtant peut-on l’espérer à grande échelle ?

 

Une bonne partie des questions scientifiques liées à la production d’hydrogène naturel restent à éclaircir, mais beaucoup de données suggèrent que l’H₂ natif vient des interactions entre l’eau et les roches. Les géologues appellent ça la diagénèse.

Exemple de réaction, le fer ferreux (Fe2⁺) contenu dans des roches en contact avec de l’eau s’oxyde en fer ferrique (Fe3⁺), libérant l’H₂.

L’eau peut être celle de la mer, on observe d’ailleurs ces réactions au niveau de toutes les dorsales médio-océaniques, ou celle de la pluie et c’est ce qu’on observe en Islande.

Ce type de réaction peut aussi se faire avec d’autres métaux comme le magnésium. Elle est rapide et efficace à haute température, vers 300 °C, mais est aussi possible à des températures plus basses d’une centaine de degrés.

Et la cinétique de ces réactions fait l’objet de nombreuses recherches.

 

Autre source de dihydrogène naturel : La radiolyse, qui casse les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, grâce à l’énergie de la radioactivité naturelle des roches.

Les estimations de la production d’H₂ par ces deux sources, diagenèse et radiolyse, sont importantes, mais encore assez peu précises : Selon les auteurs de quelques pour cent à la totalité de la consommation actuelle d’H₂, soit 70 millions de tonnes par an.

Alors que d’autres sources, comme la friction sur les plans de faille et l’activité de certaines bactéries en présence d’une autre source d’énergie, libèrent aussi de l’H₂, mais, a priori, en quantités moindres.

Ce qu’il est important de noter est que dans tous ces cas, il s’agit d’un flux d’hydrogène, c’est-à-dire une production continue, et non d’une ressource fossile, qui n’existerait qu’en stock fini à l’échelle humaine.

Une autre hypothèse est avancée par certains chercheurs : De grandes quantités de l’hydrogène primordial – celui présent à la formation du système solaire et de la Terre – auraient pu être préservées dans le manteau, voire dans le noyau terrestre.

Dans cette hypothèse, l’H₂ est un stock certes fossile mais quasi infini.

 

L’hydrogène existe donc sur et sous terre, son extraction directe commence à être sérieusement envisagée pour un H₂ réellement « vert » et peu cher, y compris du côté industriel. Par exemple, une compagnie d’exploration dédiée à l’hydrogène, NH₂E, a été créée aux USA et y a foré un premier puits au Kansas fin 2019.

En France, la société « 45-8 » cherche de l’hélium et de l’H₂. L’hélium est un gaz « stratégique », car c’est un gaz rare nécessaire à beaucoup d’industries électroniques, beaucoup plus cher que l’H₂. Comme ils sont parfois liés dans le sous-sol, la production d’hélium apparaît comme une priorité.

 

Comme déjà indiqué, les roches émises par les volcans des rides médio-océaniques réagissent au contact de l’eau, libérant de l’hydrogène.

Ce type de volcan s’observe aussi là où les rides médio-océaniques affleurent à la surface de la Terre, soit parce qu’elles sont en train de se former comme aux Afars – le point triple entre les axes centraux de la mer Rouge, du Golfe d’Aden et du rift est-africain – soit parce qu’elles sont soulevées par des phénomènes plus profonds, comme par exemple en Islande.

De fait, dans cette île, les fumerolles de l’axe central du rift contiennent toutes de l’hydrogène.

Actuellement, seule la chaleur de ces fumerolles est récupérée dans les centrales électriques géothermiques, mais on pourrait envisager d’y coupler la récupération de l’hydrogène.

 

Dans les zones où se forment les montagnes, ces croûtes océaniques peuvent aussi arriver à proximité de la surface et s’oxyder, des émanations d’H₂ ont été remarquées dans ce contexte géologique en Oman, aux Philippines, en Nouvelle-Calédonie et même dans les Pyrénées !

D’autres émanations de surface sont observées en Russie (aux alentours de Moscou), aux USA (Caroline du Sud, Kansas), mais aussi au Brésil et dans beaucoup d’autres endroits, toujours dans les régions où le socle est très ancien et riche en métaux : La source pourrait être relativement similaire, oxydation d’un matériel riche en fer et libération de l’hydrogène.

Certains voudraient bien connaître les réserves prouvées avant de se lancer dans une aventure d’exploration de l’H₂. La question paraît loufoque aux géologues, car on ne connaît toujours pas les réserves d’hydrocarbures après plus de cent ans de forage et de travaux intensifs.

 

Il y a très peu de puits dédiés à l’exploration de l’hydrogène naturel, donc on ne sait pas, mais il y a des émanations de surface.

En Russie, aux États-Unis, au Brésil, au Canada, en Australie, en Namibie, de légères dépressions plutôt circulaires sont bien visibles sur des photos aériennes : Ce sont les « ronds de sorcières ». Souvent la végétation y meurt et si on y va avec un détecteur de gaz, on note que de l’hydrogène s’en échappe.

Pour tirer des conclusions sur la possibilité d’une production de cet hydrogène, il faut évidemment connaître le flux et non juste la concentration, ce que permettent de nouveaux capteurs.

Prétendre que l’on comprend précisément le système serait un mensonge, mais les données convergent vers une production continue (sur des années) dans des quantités importantes.

Les fuites que nous mesurons sont entre 50 et 1.900 kg par km² et par jour, à comparer avec les 5 kg nécessaires au réservoir d’une voiture à hydrogène.

Sur un bassin entier, il y pourrait donc y avoir des productions en millions de tonnes par an.

En additionnant les bassins, les dorsales et les zones géothermales, les chiffres sont encore plus grands, mais toujours incertains puisque les premières données sont seulement en train d’être acquises.

 

Nous savons donc désormais que de l’hydrogène est produit tous les jours en quantité « industrielle » par l’interaction eau/roche. Une partie s’échappe et nous la mesurons dans les gaz des sols des « ronds de sorcières ». L’autre partie doit s’accumuler dans des réservoirs, comme l’eau ou les hydrocarbures – c’est la partie trouvée au Mali.

Il reste à déterminer les endroits les plus prospectifs et, selon le contexte, soit le séparer des autres gaz présents dans les flux géothermaux qui arrivent jusqu’à la surface, soit forer.

Pour des raisons économiques, « le plus prospectif » va s’entendre en termes de réserves, c’est-à-dire de quantité d’H₂, mais aussi de coût de production : Un puits à 110 m de profondeur comme celui en service au Mali est peu onéreux et on fore aussi très facilement, mais avec un peu plus d’argent, sur plusieurs km dans l’industrie géothermale. Il faut aussi penser en termes de proximité du consommateur.

 

En bref, il s’agit de rester optimiste (c’est bien dans ma nature…) et penser l’avenir sans œillère : Il restera plus riche que ne peuvent l’affirmer les « déclinistes » de tous poils.

À condition de ne pas rater le train qui démarre…