L'hydrogène est-il l'énergie cachée du futur ? Les récentes découvertes renforcent en tout cas de plus en plus l'intérêt pour ce gaz naturel, aussi appelé hydrogène blanc, comme potentiel vecteur énergétique dans un futur décarboné.

En Lorraine par exemple, des forages profonds ont révélé des concentrations significatives d’hydrogène naturel, suggérant l'existence d'un réservoir parmi les plus importants identifiés en Europe. Des travaux d'exploration sont en cours afin d'évaluer son potentiel réel d'exploitation.

Au Canada, la mise en évidence d'un flux naturel d'hydrogène a également suscité un fort intérêt scientifique, ouvrant la voie à de nouvelles investigations dans les bassins sédimentaires du continent nord-américain.

Et ce n'est pas tout : en Afrique, où l'hydrogène naturel est déjà exploité (site de Bourakébougou, au Mali) pour produire de l'électricité (un cas unique à l'heure actuelle), d'autres zones prometteuses ont été identifiées, notamment au Maroc, en Namibie et en Afrique du Sud, où des programmes d'exploration sont en cours de développement.

En Australie, enfin, la multiplication des permis d'exploration depuis 2023 illustre l'essor de l'intérêt mondial pour cette ressource géologique encore largement méconnue.

C'est un fait, ce gaz naturel (H₂), qui ne produit que de l'eau comme résidu de combustion, pourrait donc être bien plus fréquent dans nos sous-sols qu'on ne le pensait auparavant et suscite un intérêt croissant. Et pour cause : il pourrait ouvrir la voie à une énergie bas carbone, potentiellement renouvelable et plus équitable en matière de disponibilité mondiale que les ressources fossiles. Toutefois, sa distribution, ses mécanismes de formation et ses volumes réellement exploitables restent encore mal connus, ce qui en fait un domaine de recherche en pleine expansion.

De l’hydrogène de toutes les couleurs, mais pas forcément propre

L'hydrogène est déjà utilisé dans de nombreux secteurs. Toutefois, il nécessite pour l'instant d'être produit par divers moyens, avec des impacts environnementaux variables.

Actuellement, il est principalement produit par vaporeformage du méthane. Une méthode peu coûteuse mais qui possède un inconvénient majeur, surtout dans une optique de décarbonation : elle produit également du CO₂ et repose sur les énergies fossiles. On parle donc ici d'hydrogène « gris » (il devient « bleu » quand le CO₂ produit est capté et stocké). La pyrolyse du méthane permet également de produire de l'hydrogène (dit « turquoise »). Cette solution est en développement car le carbone co-produit peut être valorisé industriellement. L’hydrogène « vert », comme le « rose », est produit par électrolyse de l'eau, c'est-à-dire en séparant l'hydrogène de l'oxygène. Ce procédé nécessite une source d'électricité, qui peut être d'origine solaire, éolienne ou hydraulique (pour le « vert ») ou nucléaire (pour le « rose »). Bien que compatible avec l'objectif de décarbonation, ces procédés sont encore très (trop) coûteux et leur rendement est modéré.

L'hydrogène peut être produit de multiples façons, notamment par électrolyse de l'eau via une source d'énergie. © Studio_East, Adobe Stock

De l’hydrogène produit en continu par la Terre

On le voit, jusqu'à présent, l'hydrogène repose sur des procédés plus ou moins complexes, parfois coûteux, certains polluants. Pourtant, la Terre produit à chaque seconde d'énormes quantités d'hydrogène. Plusieurs mécanismes géologiques et physicochimiques semblent entrer en jeu dans cette production naturelle.

Le plus connu actuellement est le processus de serpentinisation, qui a lieu lorsque certaines roches riches en fer (notamment les péridotites qui composent le manteau terrestre) entrent au contact de l'eau. L'oxydation du fer permet en effet une réduction de l'eau et donc la libération d'hydrogène.

Ce processus de serpentinisation se joue principalement au niveau des dorsales océaniques, mais aussi dans des régions potentiellement exploitables, comme certaines chaînes de montagnes ou marges continentales, où des études publiées ces dernières décennies ont mis en évidence la présence de manteau exhumé.

Les orogènes, comme les Alpes et les Pyrénées, ont pu piéger des portions de roches mantelliques, riches en fer (en vert). L'hydratation de ces roches produit des serpentinites (en bleu). Un processus qui dégage également de l'hydrogène. L'érosion des reliefs permettrait de faire remonter graduellement le manteau dans cette fenêtre de serpentinisation, assurant une production continue d'hydrogène. © Zwaan et al. 2026, Journal of Geophysical Research: Solid Earth

Grâce aux ophiolites, on sait en effet que les Alpes et les Pyrénées, en raison de leur passé tectonique, abritent des péridotites serpentinisées capables de produire d'importantes quantités d'hydrogène. Mais dans ce contexte de chaînes de montagnes, le point critique est la formation et la conservation des gisements au cours du temps.

Une nouvelle étude, publiée dans JGR Solid Earth, révèle toutefois que ces environnements tectoniques seraient propices à la préservation d'importants gisements d'hydrogène, grâce notamment au rôle déterminant que jouerait l'érosion.

Grâce à des simulations numériques, une équipe de chercheurs européens a mis en évidence que l'érosion importante qui affecte les couches superficielles permet une remontée continue des roches mantelliques piégées en profondeur lors de la formation de la chaîne. En remontant sous l'effet de l'ajustement isostatique, elles peuvent ainsi interagir avec l'eau. Une dynamique qui permettrait d'entretenir la production d'hydrogène.

Les Pyrénées et les Alpes présenteraient des taux d'érosion optimaux pour permettre ce mécanisme, une érosion trop forte pouvant entraîner au contraire une destruction des réservoirs. Ces résultats suggèrent qu'une partie significative des futurs gisements d'hydrogène naturel pourrait se cacher sous des reliefs montagneux longtemps négligés.

Le bassin de Mauléon, dans les Pyrénées, serait une région propice à l'exploration des gisements d'hydrogène naturel. © Peter Pilz, GFZ

Une production depuis des millions, voire des milliards d’années

De manière plus générale, l'oxydation de roches riches en fer est amenée à produire de l'hydrogène. Cela peut donc concerner les roches du socle (comme en Lorraine) ou les zones cratoniques (comme au Canada).

Un autre mécanisme, moins intuitif mais potentiellement très important dans les vieux socles continentaux, est la radiolyse de l'eau. Certaines roches contiennent en effet naturellement des éléments radioactifs (uranium, thorium, potassium), dont la désintégration émet des rayonnements capables de « casser » les molécules d'eau et de produire de l'hydrogène. Un processus lent mais qui, en s'opérant parfois sur plus d'un milliard d'années, peut produire des réserves significatives.

Une étude récente vient d'ailleurs de mettre en évidence que les roches très anciennes du Bouclier canadien pourraient ainsi avoir accumulé d'importantes quantités d'hydrogène. Des mesures réalisées dans les mines de Timmins en Ontario ont montré un dégagement total de plus de 140 tonnes d'hydrogène par an, pour ce seul site. Ce qui pourrait permettre de couvrir les besoins énergétiques annuels de plus de 400 foyers.

« Ces données suggèrent qu'il existe d'importantes opportunités encore inexploitées pour accéder à une source domestique d'énergie produite à faible coût par les roches situées sous nos pieds », explique Barbara Sherwood Lollar, professeure au département des sciences de la Terre de l'University of Toronto et autrice principale de l'étude publiée dans Pnas.

La chercheuse souligne d'ailleurs un point essentiel qui prend tout son sens dans le contexte géopolitique actuel : « Cette ressource "made in Canada" pourrait soutenir des pôles industriels locaux et régionaux tout en réduisant leur dépendance à l'importation de combustibles à base d'hydrocarbures. »

Mesures des taux d'hydrogène naturel dans une mine de l'Ontario. © Barbara Sherwood Lollar

L'exploitation de l'hydrogène pourrait d'ailleurs être couplée à d'autres activités minières déjà existantes, puisque les réservoirs ont été identifiés là où d'autres ressources essentielles (nickel, cuivre et potentiellement lithium, hélium, chrome et cobalt) sont exploitées. En évitant le développement de nouvelles infrastructures importantes, le coût de l'exploitation de l'hydrogène dans ce contexte pourrait être relativement bas.

Ces récentes découvertes sur l'hydrogène naturel suggèrent donc l'existence d'un véritable potentiel énergétique qui reste toutefois encore à caractériser par de nouvelles recherches.