L'hydrogène blanc est-il vraiment une solution bas carbone pour la transition énergétique ?
Introduction
Le secteur minier et énergétique joue un rôle central dans la transition vers des systèmes énergétiques à faible émission de carbone. Au-delà de l’extraction des minéraux critiques nécessaires aux technologies propres, de nouvelles ressources énergétiques issues du sous-sol attirent désormais l’attention des acteurs industriels et des investisseurs.
Parmi elles, l’hydrogène blanc, aussi appelé hydrogène naturel géologique, se distingue par son origine naturelle et par les faibles émissions associées à son extraction. Issu de processus géologiques continus, il ne requiert pas de transformations industrielles lourdes ni de procédés énergivores majeurs. Cette particularité se traduit par une empreinte carbone globale particulièrement faible, aujourd’hui estimée parmi les plus basses de l’ensemble des voies de production d’hydrogène selon les premières analyses disponibles.
L'hydrogène dans la transition énergétique : un vecteur énergétique aux multiples visages
L'hydrogène est considéré comme un vecteur énergétique essentiel pour décarboner les secteurs difficiles à électrifier, notamment le transport lourd, l'industrie lourde et la production de chaleur industrielle. Des études récentes montrent que les émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie des camions alimentés par des piles à hydrogène sont inférieures à celles des camions diesel conventionnels [6]. Cette capacité à remplacer les combustibles fossiles dans des applications exigeantes fait de l'hydrogène un élément clé de la transition énergétique mondiale.
Cependant, l'impact environnemental de l'hydrogène dépend entièrement de sa méthode de production. Contrairement à une idée reçue, l'hydrogène n'est pas automatiquement une solution propre : son empreinte carbone varie considérablement selon le processus utilisé pour le produire.
Les différentes couleurs de l'hydrogène et leurs empreintes carbone
L'industrie utilise un code couleur pour distinguer les différents types d'hydrogène selon leur mode de production et leur impact environnemental.
L'hydrogène gris, le plus courant actuellement, est produit par vaporeformage du méthane sans capture du CO₂. Ce procédé présente une empreinte carbone d'environ 10,13 kg CO₂eq/kg [1], ce qui en fait la méthode la plus polluante. Ressources Naturelles Canada précise que l'hydrogène gris est le type d'hydrogène pour lequel on ne capture pas le CO₂ et on ne le stocke pas sous terre [7].
L'hydrogène bleu utilise le même procédé de vaporeformage que l'hydrogène gris, mais intègre une technologie de capture et stockage du CO₂ à 90%. Son empreinte carbone est donc réduite jusqu'à 2,45 kg CO₂eq/kg [1], mais demeure significative en raison des émissions résiduelles et de l'énergie nécessaire au processus de capture.
L'hydrogène vert est produit par électrolyse de l'eau en utilisant de l'électricité renouvelable. Son empreinte varie entre 1,0 et 4,5 kg CO₂eq/kg selon les conditions de production [3], notamment la source d'électricité utilisée et l'efficacité du processus d'électrolyse.
L'émergence de l'hydrogène blanc dans le paysage énergétique
L'hydrogène blanc, également appelé hydrogène naturel ou géologique, se distingue radicalement par son origine : il est extrait directement du sous-sol terrestre, où il est produit naturellement par des processus géologiques. Cette caractéristique fondamentale lui confère des propriétés environnementales et économiques uniques.
L'empreinte carbone de l'hydrogène blanc est estimée à environ 0,4 kg CO₂eq/kg pour un gaz contenant 85% d'hydrogène, 12% d'azote et 1,5% de méthane [1]. Cette valeur inclut les émissions incorporées liées à l'extraction et au traitement, ainsi que les émissions fugitives d'hydrogène et de méthane.
Figure 1 : Émissions de carbone de référence pour l'hydrogène par méthode de production (Source: MJ Hudson white hydrogen carbon footprint model, Beam Earth data)
L'hydrogène blanc, une source d'énergie naturelle
Contrairement aux autres formes d'hydrogène qui nécessitent des procédés industriels énergivores, l'hydrogène blanc provient de réactions géochimiques naturelles dans le sous-sol terrestre, ce qui lui confère des caractéristiques environnementales uniques.
Les mécanismes naturels de formation de l'hydrogène blanc
Cette ressource est principalement produit par des réactions naturelles telles que la serpentinisation, où l'eau réagit avec des minéraux riches en fer à des températures élevées [2]. Ce processus géologique transforme les roches ultramafiques en présence d'eau, générant de l'hydrogène comme sous-produit de cette réaction chimique.
La radiolyse de l'eau constitue une autre source d'hydrogène naturel. Ce processus implique des éléments radioactifs présents dans la croûte terrestre qui scindent les molécules d'eau en raison du rayonnement ionisant [2]. Ces mécanismes géologiques se produisent continuellement dans certaines zones du globe, créant des réservoirs naturels d'hydrogène renouvelable qui se reconstituent au fil du temps.
Une source d'énergie, pas un simple vecteur énergétique
La distinction entre source d’énergie et vecteur énergétique est fondamentale pour comprendre l’avantage de l’hydrogène blanc. Contrairement aux hydrogènes gris, bleu ou vert, qui nécessitent un apport énergétique externe important pour leur production, l’hydrogène naturel géologique est extrait d’un système où l’énergie chimique est déjà présente dans le sous-sol. Les analyses de cycle de vie indiquent que son ratio énergétique net (Energy Return on Energy Invested – EROI) est d’environ 10,8, ce qui signifie que l’énergie contenue dans l’hydrogène extrait est largement supérieure à l’énergie requise pour son extraction et son traitement [3]. Ce ratio positif distingue l’hydrogène blanc des autres filières, pour lesquelles l’hydrogène agit principalement comme un vecteur énergétique, et permet de le considérer comme une véritable source d’énergie.
Figure 2: Rendement énergétique de l'hydrogène blanc Source: MJ Hudson white hydrogen carbon footprint model, Beam Earth data
Avantages environnementaux
Avec des émissions estimées entre 0,24 et 0,35 kg CO₂e/kg H₂, l’hydrogène blanc présente une intensité carbone nettement inférieure à celle des autres filières de production d’hydrogène analysées à ce jour, notamment l’hydrogène vert et l’hydrogène bleu, selon les scénarios évalués [3][5]. Ces valeurs proviennent d’une étude de cas fondée sur des conditions d’extraction au Brésil, intégrant l’ensemble des étapes du cycle de vie, de l’extraction au traitement du gaz. Bien que dépendantes des contextes géologiques et opérationnels, ces estimations indiquent que l’hydrogène naturel géologique pourrait afficher une performance carbone particulièrement favorable dans des régions présentant des conditions similaires.
Cette performance carbone s’explique principalement par la nature même du procédé d’extraction, qui repose sur la valorisation d’un gaz déjà présent dans le sous-sol, sans nécessiter de transformation énergétique lourde ni de procédés industriels complexes.
Dans ce contexte, l’hydrogène blanc renouvelable offre une opportunité de production avec des émissions de CO₂ très limitées, tout en ne nécessitant pas une utilisation intensive d’énergie ou d’infrastructures industrielles lourdes comparables aux installations de vaporeformage ou d’électrolyse [4]. Cette simplicité opérationnelle contribue à réduire à la fois les besoins en capital, les coûts d’infrastructure et l’empreinte environnementale globale du système de production.
Intensité énergétique exceptionnellement faible
L'intensité énergétique de l'hydrogène blanc est de ~3,09 kWh/kg H₂, comparée à 42-64 kWh/kg pour les autres méthodes de production [5]. Cette différence s'explique par le fait que l'hydrogène blanc ne nécessite pas de transformation énergétique majeure : il est extrait directement du sous-sol plutôt que d'être synthétisé à partir d'autres composés.
L'intensité énergétique de l'hydrogène blanc est 10 à 17 fois inférieure à celle des autres voies de production d'hydrogène [5]. Cette efficacité énergétique remarquable se traduit directement par une empreinte carbone réduite et des coûts de production théoriques compétitifs.
Tableau comparatif de l'intensité énergétique des différents types d'hydrogène
| Type d'hydrogène | Intensité énergétique (kWh/kg H₂) | Ratio énergétique net |
|---|---|---|
| Hydrogène blanc | 3,1 – 4,3 | 10,8 (source) |
| Hydrogène vert | 48,3 – 64,0 | 0,52 – 0,70 (porteur) |
| Hydrogène bleu | 43,3 – 47,7 | 0,69 – 0,73 (porteur) |
| Hydrogène gris | 42,7 – 53,3 | 0,63 – 0,78 (porteur) |
-> Aussi lire : Découvrez comment l'hydrogène blanc se distingue des autres formes d'hydrogènes de l'industrie.
Analyse du cycle de vie : une empreinte carbone minimale de l'extraction à l'utilisation
Pour évaluer rigoureusement l'impact environnemental de l'hydrogène blanc, il est nécessaire d'analyser chaque phase de son cycle de vie, de l'exploration géologique jusqu'à son utilisation finale dans des applications énergétiques.
Méthodologie d'analyse du cycle de vie
L'analyse du cycle de vie (ACV) est une méthodologie standardisée qui évalue l'ensemble des impacts environnementaux d'un produit ou d'un service, de l'extraction des matières premières jusqu'à la fin de vie. Cette approche permet d'éviter le transfert d'impacts d'une phase à une autre et assure une évaluation complète et équitable.
Une analyse du cycle de vie de l’hydrogène blanc, réalisée à partir d’un scénario de référence brésilien, a permis d’estimer l’empreinte carbone des différentes phases du projet [5]. Ces résultats s’inscrivent dans les premiers travaux disponibles sur le sujet et contribuent à documenter le positionnement environnemental de l’hydrogène naturel géologique par rapport aux autres filières existantes.
Répartition des émissions par phase du cycle de vie
Les analyses de cycle de vie actuellement disponibles suggèrent que l’empreinte carbone de l’hydrogène blanc se répartit de manière hétérogène entre les différentes phases du projet, certaines étapes concentrant une part plus importante des émissions que d’autres.
Exploration et évaluation
Les phases initiales, qui comprennent la prospection géologique, l’évaluation des ressources et les premiers forages, génèrent peu d’émissions. Leur contribution au bilan carbone global demeure marginale, en raison de la durée limitée de ces activités et de leurs besoins énergétiques relativement faibles.
Développement des infrastructures
La phase de développement, qui comprend la mise en place des infrastructures de production et des équipements de forage, génère elle aussi une contribution limitée à l’empreinte carbone globale. Les étapes amont du projet demeurent secondaires par rapport aux émissions associées aux phases ultérieures.
Production et traitement du gaz
La phase de production représente la principale source d’émissions, concentrant environ 97 % de l’empreinte carbone totale dans les scénarios analysés [5]. Cette concentration s’explique principalement par les opérations de traitement du gaz et par les choix technologiques associés à la séparation et à la purification de l’hydrogène.
Composantes opérationnelles de la production
Au sein de la phase de production, la filtration et la purification du gaz constituent la principale source d’émissions. Les émissions fugitives, liées aux pertes d’hydrogène ou de méthane, demeurent marginales. Les opérations courantes, telles que la maintenance et la surveillance des installations, contribuent de façon négligeable à l’empreinte globale.
Fermeture et fin de vie du site
Les émissions associées à la fermeture du site sont considérées comme très faibles, voire négligeables, en raison de la simplicité relative des opérations de fin de vie comparativement à des installations industrielles lourdes.
Dans leur ensemble, ces éléments montrent que l’empreinte carbone globale de l’hydrogène blanc demeure faible à l’échelle de son cycle de vie, avec une structure d’émissions favorable et concentrée sur des étapes techniques clairement identifiées, offrant des marges d’optimisation à mesure que la filière se développe.
Note: Les phases et ordres de grandeur présentés ci-dessus reposent sur des analyses de cycle de vie issues de la littérature scientifique et de scénarios de référence. Ils peuvent varier selon les caractéristiques géologiques, les choix technologiques et les conditions opérationnelles propres à chaque site d’exploitation. Ils ne préjugent pas nécessairement du cycle de vie ou des pratiques qui seront mises en œuvre dans les projets spécifiques développés par Squatex.
Technologies de forage carboneutre au Québec
L’innovation développée au Québec contribue également à explorer des pistes permettant de réduire l’empreinte environnementale associée aux activités de forage, y compris dans le contexte de l’hydrogène blanc. Caron Technologies International (CTI) s’inscrit dans cette dynamique par le développement de plateformes de forage électrifiées visant à limiter les émissions directes, la consommation énergétique et l’empreinte au sol. Des équipements compacts, tels que des foreuses sur chenilles conçues pour des forages de précision pouvant atteindre des profondeurs de l’ordre de 1 000 mètres, illustrent une approche orientée vers la réduction des impacts opérationnels. Ce type d’innovation technologique reflète les efforts en cours pour adapter les pratiques de forage aux exigences environnementales croissantes du secteur minier et énergétique.
Conclusion
Les travaux de cycle de vie actuellement disponibles suggèrent que l’hydrogène blanc pourrait occuper une place singulière parmi les options bas carbone émergentes, en raison de son origine naturelle et de la simplicité relative de son mode de production. Sans nécessiter de transformation énergétique lourde, il invite à repenser le rôle de l’hydrogène non plus uniquement comme vecteur, mais comme une ressource énergétique potentielle issue du sous-sol, sous réserve de conditions géologiques et opérationnelles favorables.
Dans ce contexte, le développement de l’hydrogène naturel géologique repose sur une approche progressive, fondée sur l’exploration, la validation scientifique et l’adaptation des pratiques industrielles aux réalités locales. C’est dans cette dynamique que s’inscrivent les travaux et réflexions menés par Squatex, visant à mieux comprendre le potentiel de cette ressource et son rôle possible dans les systèmes énergétiques de demain. Pour en savoir plus sur les avancées liées à l’hydrogène blanc et découvrir comment Squatex contribue à l’évolution de cette filière, suivez-nous sur LinkedIn afin de rester informé des développements récents dans le secteur des énergies bas carbone.
Références
[1] IEA GHG. "Gold, Geologic, White, Native, Hidden, Natural: Hydrogen - Does Earth Hold Extensive Stores of Untapped Carbon-Free Fuel?" IEA Greenhouse Gas R&D Programme, 2024, https://ieaghg.org/insights/gold-geologic-white-native-hidden-natural-hydrogen-does-earth-hold-extensive-stores-of-untapped-carbon-free-fuel/.
[2] Rystad Energy. "White Gold Rush: The Pursuit of Natural Hydrogen." Rystad Energy News, 2024, https://www.rystadenergy.com/news/white-gold-rush-pursuit-natural-hydrogen.
[3] MJ Hudson. "White Hydrogen Carbon Footprint Study." Beam Earth, 2022, https://www.beam.earth/wp-content/uploads/2022/02/MJ-Hudson-White-hydrogen-carbon-footprint-220128.pdf.
[4] Beam Earth. "White Hydrogen Overview." Beam Earth, https://www.beam.earth/white-hydrogen/.
[5] MJ Hudson. "White Hydrogen Carbon Footprint - Detailed Lifecycle Assessment." Beam Earth, 2022, https://www.beam.earth/wp-content/uploads/2022/02/MJ-Hudson-White-hydrogen-carbon-footprint-220128.pdf.
[6] U.S. Department of Energy. "GREET Hydrogen Fact Sheet." Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, janvier 2025, https://www.energy.gov/sites/default/files/2025-01/rd-greet-hydrogen-fact-sheet_january-2025.pdf.
[7] Ressources Naturelles Canada. "Natural Hydrogen: A Solution for the Energy Transition?" Simply Science, 2024, https://natural-resources.canada.ca/stories/simply-science/natural-hydrogen-solution.
