L’hydrogène est-il réellement écologique ?

Pourquoi parle-t-on d’hydrogène comme d’une énergie « propre », alors qu’on le produit souvent avec des procédés… qui polluent ?

Le point de départ est simple : l’hydrogène n’est pas une source d’énergie comme le soleil ou le charbon. C’est un vecteur, c’est-à-dire une manière de transporter et de stocker de l’énergie produite ailleurs. Tout se joue donc dans la façon dont on l’obtient, et dans ce qu’il faut mettre en place pour l’utiliser.

Imaginez une monnaie universelle. Elle circule facilement, elle sert à tout, mais elle ne tombe pas du ciel : il faut la gagner, la protéger, la convertir. L’hydrogène, c’est un peu cette monnaie-là pour l’énergie. La promesse est séduisante, mais la question décisive reste : qui « paie » la fabrication, et à quel coût technique, climatique et industriel ?

Une promesse qui suinte du sol

Dans le nord-est de la France, un site de forage ressemble, de loin, à un décor familier : des engins, une plateforme, la patience du sous-sol. Sauf qu’ici, l’idée n’est pas de remonter du pétrole ou du gaz. Il s’agit de mesurer et de capter de l’hydrogène déjà présent dans la croûte terrestre, l’« hydrogène naturel » décrit dans l’hydrogène naturel souterrain, parce que certaines réactions géologiques le produisent en continu.

Le mécanisme le plus étudié s’appelle la serpentinisation : de l’eau réagit avec des roches riches en fer (dites ultramafiques) et libère du gaz hydrogène. Ce n’est pas un phénomène exotique cantonné à un seul endroit : il peut se produire au niveau des dorsales océaniques, mais aussi dans des formations continentales. Une autre voie, dite thermogénique, apparaît dans des bassins sédimentaires profonds quand de la matière organique se décompose sous des températures élevées, de l’ordre de 250 à 500°C, avec parfois un mélange d’autres gaz comme le méthane ou l’azote.

Ce contraste explique l’intérêt : dans le cas « blanc » (ou « doré »), la Terre a déjà fait une partie du travail. À l’inverse, fabriquer de l’hydrogène par électrolyse demande beaucoup d’électricité, autour de 50 kWh par kilogramme d’hydrogène produit, ce qui peut dépasser l’énergie que ce kilogramme peut ensuite restituer. L’hydrogène naturel, en théorie, réduit ce détour… à condition de pouvoir le trouver et le récupérer proprement.

Le réflexe trompeur du “ça existe donc c’est facile”

Attention, ce n’est pas « du gaz naturel, mais en plus propre ». La comparaison peut aider à visualiser les forages, mais elle induit une erreur : l’hydrogène est une molécule minuscule et très réactive. Il peut se disperser, interagir avec les roches, se diluer dans des mélanges. Autrement dit, le simple fait qu’il se forme ne garantit pas qu’il s’accumule en quantités exploitables.

Les équipes qui explorent ce nouvel objet reprennent une partie des méthodes de l’industrie pétrolière : cartographier, modéliser, forer, analyser. Sauf que le « piège » géologique recherché n’est pas toujours au rendez-vous. Le scénario le plus frustrant est celui des suintements : l’hydrogène remonte par des fractures, atteint la surface, puis se disperse trop vite pour qu’une capture à grande échelle soit réaliste. Les couches de charbon offrent une autre possibilité, mais l’extraction se complique parce qu’il faut d’abord séparer l’hydrogène de la matrice, puis le faire circuler à travers des roches serrées. Les structures les plus prometteuses ressemblent aux systèmes réservoir – piège – couverture connus pour le gaz : des volumes où le gaz peut se concentrer dans une géométrie forable. Sur le papier, c’est élégant. Sur le terrain, ces systèmes restent largement à démontrer en conditions industrielles.

La difficulté, ensuite, est de mesurer. Détecter l’hydrogène en profondeur n’a rien d’évident, précisément parce qu’il s’échappe et réagit. Et si les concentrations sont faibles, mélangées à beaucoup d’autres gaz, le coût de séparation et de purification peut devenir dissuasif. Le rêve économique de l’hydrogène naturel tient à sa simplicité : pas de fabrication à payer, « seulement » de l’extraction. Des estimations évoquent des coûts potentiellement très inférieurs à ceux de l’hydrogène produit par les voies classiques, parfois d’un ordre de grandeur dix fois plus bas. Mais ces chiffres reposent sur des découvertes encore limitées, pas sur une routine industrielle stabilisée.

Le vertige des grands volumes

Les ordres de grandeur donnent le tournis, puis ramènent à la prudence. Le U.S. Geological Survey évoque plus de 5 000 milliards de tonnes d’hydrogène géologique sous terre à l’échelle mondiale. Même si seule une petite fraction est récupérable, l’idée d’un réservoir colossal frappe les esprits : à 2% récupérables, cela dépasserait les réserves prouvées de gaz naturel et pourrait couvrir une demande projetée sur des siècles.

Mais l’autre chiffre compte tout autant : la production naturelle annuelle estimée se situerait entre 15 et 31 millions de tonnes. Or la demande mondiale d’hydrogène est présentée comme appelée à croître fortement, d’environ 90 millions de tonnes en 2022 à plus de 500 millions en 2050. Même en captant mieux ce que la Terre produit, l’hydrogène géologique ressemble moins à un remplacement total qu’à un complément massif possible, mais fini, qui peut alléger la pression sur d’autres filières.

Le contraste se voit aussi sur la carte : à ce stade, un seul champ produit commercialement, au Mali, dans le village de Bourakébougou, avec des quantités adaptées à des besoins locaux. Ailleurs, l’exploration s’accélère : des entreprises cherchent aux États-Unis, au Canada, en Australie, dans plusieurs pays européens. Certains projets annoncent des concentrations souterraines très élevées, ce qui change tout pour l’efficacité de récupération. Ce sont encore des preuves ponctuelles, pas une certitude de généralisation.

Une molécule, plusieurs vies

Le vocabulaire en couleurs aide à ne pas mélanger les sujets. Le « gris » et le « bleu » viennent de procédés fossiles (le bleu ajoutant du captage de CO2), le « vert » vient d’une électrolyse alimentée par électricité renouvelable, le « rose » associe l’électrolyse à une électricité nucléaire, et le « blanc/doré » désigne l’hydrogène naturel extrait du sous-sol. On retrouve pourtant le même nœud : l’hydrogène sert déjà surtout de réactif industriel, par exemple pour l’ammoniac des engrais ou le méthanol, et pas principalement comme carburant.

C’est là qu’une autre piste devient intéressante, presque à l’opposé de la logique minière : produire de l’hydrogène à partir de biomasse et de déchets organiques, via des micro-organismes dans un bioréacteur. Le principe, raconté concrètement à travers le biohydrogène des déchets, consiste à récupérer l’énergie encore présente dans la matière organique jetée, et à la convertir par fermentation en gaz hydrogène.

Cette voie a un charme pragmatique : la ressource est locale, la chaîne peut rester courte, et l’intermittence n’est pas la même que pour le solaire ou l’éolien. Elle n’efface pas les contraintes (entretien, contrôle biologique, qualité du gaz), mais elle déplace la question : au lieu de chercher une grande poche unique, on imagine des unités plus distribuées. Les chercheurs évoquent même des systèmes électrochimiques où des micro-organismes, sur des électrodes, orientent leur métabolisme, avec un appoint possible d’électricité renouvelable pour augmenter la production ou fabriquer des molécules de stockage comme l’acide formique ou l’ammoniac.

Dans le même temps, la filière « vert électrolyse » reste un pilier, parce qu’elle peut se brancher sur des parcs électriques bas-carbone. Mais son talon d’Achille est connu : l’électricité nécessaire. On retrouve aussi la bataille des coûts, souvent résumée par un seuil de compétitivité visé entre 1 et 2 dollars par kilogramme pour l’hydrogène vert, alors que des ordres de grandeur actuels le situent plutôt entre 3 et 5 dollars. Et même si l’hydrogène est déjà produit en volumes considérables (des dizaines de millions de tonnes par an sont évoquées), ce volume répond à des usages industriels existants, pas encore à une bascule massive des transports lourds ou des usines vers un hydrogène bas-carbone.

Le vrai nœud : l’infrastructure invisible

Le débat se déplace vite vers ce qui ne se voit pas sur une photo de forage : stocker, transporter, distribuer, sécuriser. L’hydrogène se comprime, s’achemine par canalisations ou par d’autres vecteurs, se convertit en électricité via pile à combustible ou se brûle pour produire de la chaleur. Chaque étape a ses pertes, ses contraintes matérielles, ses normes. Le projet le plus prometteur sur le papier peut buter sur des détails très concrets : purification, matériaux, fuites, compatibilité avec des réseaux existants.

Certaines stratégies cherchent des passerelles, par exemple le « power-to-gas » qui injecte une part d’hydrogène dans des réseaux de gaz déjà en place. D’autres misent sur des usages ciblés, là où l’électrification directe est difficile. Nous sommes d’accord sur un point : tant qu’on parle de « l’hydrogène » comme d’un bloc, on passe à côté de l’enjeu principal, qui est une combinaison de chimie, de géologie et d’ingénierie des systèmes.

Le pense-bête, finalement, tient en peu de mots : l’hydrogène naturel pourrait offrir une partie du carburant sans carbone, mais il faut prouver qu’on peut le trouver concentré et l’extraire proprement ; l’hydrogène vert est faisable, mais il exige une électricité abondante ; le biohydrogène valorise des déchets, mais doit franchir l’étape de la mise à l’échelle. À quel endroit, selon vous, la promesse devient la plus crédible : sous nos pieds, dans nos réseaux électriques, ou dans nos poubelles organiques ?