HYDROGÈNE ET SOUS-SOL DANS LE CADRE D’ISIFoR : STOCKAGE MASSIF ET EXPLORATION D’HYDROGÈNE NATIF

Un environnement devenu particulièrement dynamique

L’activité qui se développe autour de l’Hydrogène et le sous-sol depuis environ une petite vingtaine d’années, et tout particulièrement depuis un peu plus de 5 ans dans le sud-ouest de la France, est liée à la croissance des investissements intellectuels, financiers et technologiques de la France pour la transition énergétique et pour le développement des énergies nouvelles afin de remplacer progressivement les énergies fossiles et d’améliorer l’état environnemental de notre planète. Dans ce cadre, l‘hydrogène est une priorité essentielle pour la Commission Européenne, qui prévoit d’investir près de 500 milliards d’euros dans ce secteur. L’Hydrogène du sous-sol fait partie de ces priorités même si, à l’échelle française, dans le cadre de la stratégie nationale pour le développement de l’Hydrogène décarboné, l’apport du sous-sol dans cette transition est relativement peu considéré. En effet, au cours des deux dernières décennies, le monde des géosciences et de l’énergie s’est penché sur l’existence possible d’Hydrogène natif dans le sous-sol. Des recherches récentes ont identifié des émanations d’Hydrogène natif à la surface des continents.

Ainsi, même s’il est encore difficile d’estimer les possibles, il existe potentiellement une nouvelle source naturelle d’énergie bas carbone associée à ces « gisements » souterrains d’Hydrogène. Un autre sujet pour lequel il est important de bien connaitre les propriétés de l’Hydrogène dans le sous-sol est le stockage souterrain d’hydrogène dans des structures géologiques (cavités salines, aquifères profonds, réservoirs déplétés). Le stockage souterrain d’Hydrogène, dont celui produit via l’excédent d’énergie électrique produit par des ressources renouvelables, a pour objectif de permettre de maintenir un niveau constant de l’approvisionnement de la ressource.

Ces activités se sont progressivement structurées à la fois du côté académique (environ une trentaine d’unités de recherche sont impliquées sur ces sujets en France), des EPICs (BRGM, IFPEN, INERIS…) et du côté Industriel suivant (Storengy, Teréga, Geostock, CVA, Air liquide, Engie, TotalEnergies…), très souvent au travers de collaborations entre académiques et EPIC ou industriels (chaire ANR industrielle Orhyon, projet HyPSTER, projet RINGS…) et via des structures communes (programme EartH2, Groupement de Recherches HydroGeMM…). Un nombre non négligeable de ces actions sont réalisées dans le périmètre de l’Institut Carnot ISIFoR.

 

En 2022 – La constitution d’un GdR : HydroGemm

Depuis le premier Janvier 2023, s’est mis en place un GdR (Groupement de Recherche), sous l’égide du CNRS (INSU, INSIS et INSMI), autour de l’Hydrogène du sous-sol : étude de la Genèse à la modélisation mathématique (HydroGEMM). Il regroupe une trentaine de laboratoires académiques, des EPICs et des industriels. Son objectif principal est de mieux structurer et de faire interagir la communauté française autour de l’hydrogène et le sous-sol. ISIFoR y est particulièrement bien représenté. Ainsi, l’équipe de direction est composée de membres qui sont dans le périmètre de l’Institut Carnot (A. Cerepi, EPOC, B. Amaziane, LMAP et G. Galliero, LFCR), et la quasi totalité des laboratoires d’ISIFoR fait partie de ce GdR (IPREM, LFCR, LaTEP, GET, IMFT, EPOC). Sachant que l’Hydrogène naturel est entré comme ressource dans le droit du sous-sol français début 2022, la région Nouvelle-Aquitaine a décidé de savoir si elle avait des ressources et un consortium, dont fait partie l’UPPA (les autres membres étant CVA, 48-5, Engie et le BRGM), est en train de l’évaluer. Les géosciences sont en première ligne mais aussi les SHS qui étudieront l’accueil que les citoyens réserveront à cette nouvelle ressource.

Le Programme et Équipement Prioritaire de Recherche Hydrogène décarboné

Le PEPR Hydrogène décarboné est un Programme et Équipement Prioritaire de Recherche validé en 2021 qui bénéficie d’un investissement de 80 millions d’Euros et qui est piloté par le CEA et le CNRS. Le PEPR « Sous-sol, bien commun » validé en 2022 et bénéficiant d’un investissement d’environ 70 millions d’Euros (porté le CNRS et le BRGM) devrait débuter et intègrera des sujets autour de l’hydrogène et le sous-sol. L’UPPA y est très impliqué notamment au travers du « chantier Aquitain » co-porté par un membre du LFCR (J.P. Callot).

L’implication d’ISIFoR dans le domaine de l’hydrogène et du sous-sol

Depuis plusieurs années, ISIFoR a participé à la constitution d’une recherche active dans le domaine de l’hydrogène, via les nombreux projets ressourcés de ses laboratoires labellisés. On trouvera pour mémoire :

En 2019

• H2R – Hydrogène natif en contexte de Rift – (LFCR, IPREM)*
• H2C – Hydrogène natif et carbonatation – (LFCR,IPREM)

En 2020

• PyH-Mag – Processus de serpentinisation dans les Pyrénées révélés par la magnétite : un lien vers l’hydrogène naturel ? – (GET, LFCR)

En 2021

• H2STOCK -Étude thermodynamique des systèmes H2+Gaz+Eau+Sels pour les applications de stockage souterrain de l’hydrogène en milieux poreux – (LaTEP, LFCR)
• IMAGHYN – Couplage IMAgerie Géophysique passive et suivi in situ des émanations d’Hydrogène Natif dans les Pyrénées – (GET, LFCR)
• OPHTYS – Optimisation de matériaux hybrides pour le stockage d’hydrogène – (LFCR)

En 2022

• H2STOCK2 – Étude des propriétés thermophysiques des systèmes H2+Gaz+Eau+Sels dans les conditions de stockage souterrain de l’hydrogène dans les aquifères – (LaTEP, LFCR, IFPEN), projet Inter-Carnot
• THMC-Gaz – Modélisation et Simulation Numérique Haute Performance des Couplages Thermo-Hydro- Mécanique-Chimique (THMC) dans le Sous-Sol : Applications au Stock – (LMAP, GET, LFCR)
• FAROCH2 – Fabrique des Roches d’Intérêt H2 – (LFCR, DMEX, GET)

 

Texte Guillaume Galliero – révisions Salahedine Chabab, Isabelle Moretti – Multi laboratoires

*Le projet H2R s’est déroulé sur 4 ans et il a permis l’accompagnement de la thèse de G. Pasquet sur l’hydrogène dans le triangle des Afars (sud mer rouge/Djibouti/Ethiopie), la partie Djibouti a été faite en collaboration avec l’office Djiboutien de la Géothermie et a permis d’étudier les coproductions géothermie/ hydrogène.

Note : le congrès annuel HYNAT a permis de regrouper au niveau mondial toute la filière et le premier opus s’est tenu en 2021. I. Moretti en dirige le comité scientifique et ISIFoR s’est impliquée pour permettre à tous les étudiants de l’UPPA de suivre cet événement.