Hydrogène naturel : quelle est la différence entre un flux diffus en surface et un réservoir géologique piégé ?
Des estimations récentes de modélisation suggèrent que des milliers à des milliards de mégatonnes d'hydrogène pourraient résider dans le sous-sol à l'échelle mondiale [8], une ressource potentiellement considérable, mais dont l'exploitabilité dépend entièrement de la façon dont ce gaz se trouve dans la roche.
L'hydrogène naturel, parfois désigné sous le terme d'hydrogène blanc, peut se manifester de deux façons très différentes dans la croûte terrestre : soit il s'échappe continuellement vers la surface sous forme de flux diffus, soit il s'accumule et reste retenu dans des structures géologiques poreuses.
L'hydrogène naturel est déjà présent dans la croûte terrestre, généré par des processus géologiques qui se déroulent sur de longues échelles de temps. Or, tous les indices détectés en surface ne mènent pas nécessairement à un gisement exploitable : c'est précisément cette nuance qui motive la distinction entre les deux formes d'occurrence.
L'hydrogène en flux diffus : quand la Terre respire en surface
L'hydrogène naturel n'est pas uniquement une ressource cachée en profondeur : il se manifeste parfois directement à la surface du sol, de manière continue et dispersée. Cette forme d'émission, que les géologues appellent flux diffus ou dégagement diffusif, est importante à comprendre car elle constitue souvent le premier signe détectable lors d'un travail d'exploration.
Qu'est-ce qu'un flux diffus d'hydrogène naturel ?
Un flux diffus — aussi appelé seep diffusif — désigne la migration lente et continue d'un gaz depuis des roches sources vers la surface, à travers des failles, des fractures ou des pores dans le sol, sans qu'il y ait accumulation dans une structure intermédiaire. Dans le cas de l'hydrogène naturel, ce type d'émission est produit par plusieurs processus géochimiques subsurfaciques et peut survenir dans une variété de contextes géologiques [6].
Des dégagements de ce genre ont ainsi été documentés dans plusieurs régions du monde :
Au Bassin de São Francisco au Brésil, des émissions intracratoniques ont été attribuées à des interactions entre fluides et roches riches en fer ferreux, un processus appelé oxydation des minéraux ferromagnésiens. [6]
À Bourakébougou au Mali, des dégagements similaires ont été observés, également liés à des réactions fluide-roche en profondeur. [6]
En Russie, des mesures de terrain ont confirmé la présence de flux variables dans le temps et dans l'espace, souvent concentrés à l'intérieur de dépressions circulaires caractéristiques, mais absents dans le sol environnant. [6]
Ces flux diffus peuvent orienter les travaux d’exploration en signalant une activité souterraine liée à l’hydrogène. Leur nature dispersée et variable dans le temps rend toutefois leur exploitation directe difficile dans les conditions actuelles.
Les « cercles de fées » — une empreinte visible du flux diffus
Parmi les traces laissées en surface par ces dégagements, les fairy circles — ou cercles de fées en français — comptent parmi les plus intrigants. Il s'agit de dépressions circulaires caractérisées par l'absence partielle ou totale de végétation en leur centre, observées dans plusieurs régions du globe et désormais associées à des émissions d'hydrogène naturel en sous-sol.
Ces structures ont été identifiées sur le Craton d'Europe de l'Est, au Brésil et en Australie, et sont reconnues comme des indicateurs potentiels de sources souterraines [1]. Des dépressions de ce type — dont la largeur varie de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres, souvent accompagnées d'un sol décoloré et de modifications de la couverture végétale — ont également été documentées en Russie, en Australie occidentale, dans les Carolina Bays aux États-Unis et près de Bourakébougou au Mali [6].
Des simulations géomécaniques récentes suggèrent que le diamètre et la profondeur de subsidence de ces dépressions pourraient être directement liés à la profondeur et à la pression de la source d'hydrogène sous-jacente [1]. Selon les auteurs de cette étude menée à l'Université de Vienne, ces cercles pourraient donc servir de signaux naturels pour localiser des sources géologiques en profondeur [1].
Il convient cependant de rester prudent dans l'interprétation : des formes circulaires similaires peuvent résulter de processus biologiques ou géomorphologiques sans lien avec l'hydrogène, et un cercle de fée doit donc être considéré comme un indice d’exploration plutôt que comme une preuve directe d’un réservoir exploitable [6].
Image I : Illustration d'un cercle de fée, Source : ENGIE
L'hydrogène piégé : quand la géologie crée un réservoir exploitable
À la différence du flux diffus qui s'échappe vers la surface, l'hydrogène naturel peut également être retenu en profondeur dans des structures géologiques spécifiques. Ce type d'accumulation — parfois désigné comme hydrogène géologique structuré — est celui qui suscite le plus grand intérêt pour une éventuelle exploitation commerciale directe, selon une logique analogue à l'exploration pétrolière et gazière conventionnelle.
Les composantes d'un système d'hydrogène géologique
Pour qu’un gisement d’hydrogène naturel puisse se former, il ne suffit pas que le gaz soit généré en profondeur. Il faut aussi qu’un système géologique permette son accumulation et limite sa fuite vers la surface.
Selon l’USGS, un système d’hydrogène géologique repose sur trois composantes principales [8] :
Une source, où l’hydrogène est généré par des processus géologiques et peut ensuite migrer dans le sous-sol.
Une roche réservoir, suffisamment poreuse et perméable pour permettre l’accumulation du gaz.
Une roche couverture, aussi appelée roche scellante, composée de matériaux peu perméables capables de limiter les fuites.
Lorsque ces éléments sont réunis dans une configuration favorable, ils peuvent former un piège géologique, c’est-à-dire une structure capable de retenir l’hydrogène en profondeur. Ce principe est comparable à celui des systèmes pétroliers et gaziers conventionnels : certaines roches sédimentaires peuvent offrir un espace de stockage prévisible, tandis que les roches peu perméables et les évaporites, comme le sel, peuvent jouer le rôle de sceau [8].
Une région devient donc prospective lorsque la génération d’hydrogène, la capacité de stockage et le piégeage sont présents dans un même système géologique [8].
Tableau 1 — Comparaison des deux types d'hydrogène naturel
| Caractéristique | Flux diffus | Hydrogène piégé (réservoir) |
|---|---|---|
| Mode d'occurrence | Émission continue vers la surface | Accumulation dans une roche poreuse |
| Indicateurs de surface | Cercles de fées, anomalies géochimiques | Variables; peu ou pas de signes visibles en surface |
| Exploitabilité directe | Difficile dans l'état actuel | Potentielle, si volume, pureté, pression et piégeage sont favorables |
| Méthodes de détection | Géochimie du sol, imagerie satellitaire | Sismique, gravimétrie, magnétométrie |
| Roche couverture requise | Non (son absence explique le flux) | Oui (condition nécessaire) |
| Exemple documenté | Seeps en Russie, Australie, Mali | Bourakébougou (Mali) |
Bourakébougou (Mali) — le premier projet pilote documenté d’exploitation d’hydrogène naturel
Le site de Bourakébougou, au Mali, constitue aujourd'hui la référence mondiale la plus documentée pour un système d'hydrogène naturel piégé exploité à des fins énergétiques. Vingt-cinq forages exploratoires y ont mis en évidence de l'hydrogène à haute concentration — jusqu'à 98 mol% — dans un réservoir principal d'environ 100 mètres de profondeur, avec des intervalles supplémentaires à des niveaux plus profonds [3].
Ce champ est décrit dans la littérature scientifique comme comprenant au moins cinq intervalles de réservoirs superposés, couvrant une zone estimée à plus de 8 km de diamètre, tandis que le puits pilote Bougou-1 produisait un gaz composé d'environ 98 % d'hydrogène [2]. La porosité — c'est-à-dire la proportion de vides dans la roche pouvant contenir un fluide — varie dans le réservoir principal entre environ 0,2 % et plus de 14 % pour les carbonates dolomitiques karstifiés, tandis que les réservoirs plus profonds sont constitués de grès poreux [3]. Le système est par ailleurs décrit comme se rechargeant dynamiquement depuis des aquifères plus profonds au cours de la production [3].
Sur le plan pratique, les résultats obtenus à Bourakébougou illustrent concrètement ce que peut représenter un tel gisement. Lancé en 2012, ce projet pilote non commercial a fourni pendant plus de sept ans de l’électricité gratuite et sans émissions de CO₂ au village, à partir d’un puits produisant un gaz contenant jusqu’à 98 % d’hydrogène [4]. Rystad Energy le décrit encore en 2024 comme le seul projet opérationnel d’hydrogène blanc au monde, avec une production d’environ 5 tonnes par an [5].
Source : Hydroma
Un potentiel mondial encore à définir, mais prometteur
Au-delà des distinctions géologiques, la différence entre hydrogène diffus et hydrogène piégé a des implications concrètes pour la réflexion sur la transition énergétique mondiale. Les flux de surface peuvent orienter l’exploration, mais ce sont surtout les accumulations retenues en profondeur qui suscitent l’intérêt comme ressource énergétique potentielle.
L'hydrogène géologique comme ressource primaire bas-carbone
L’USGS décrit l’hydrogène géologique comme une possible nouvelle ressource énergétique primaire bas-carbone. Comme le pétrole ou le gaz naturel, il se trouve dans le sous-sol, mais sa combustion ne produit que de l’eau [7].
Des travaux de modélisation suggèrent que des milliers à des milliards de mégatonnes d’hydrogène pourraient résider dans le sous-sol terrestre. Même si une grande partie de cette quantité pourrait être inaccessible ou non viable économiquement, une fraction limitée pourrait représenter une contribution importante à la demande future en hydrogène [8].
L’intérêt de cette ressource tient donc à son statut particulier. Contrairement à l’hydrogène produit industriellement, l’hydrogène naturel pourrait être extrait directement du sous-sol dans certains contextes géologiques favorables. Il pourrait ainsi compléter les filières d’hydrogène bas-carbone existantes, tout en restant soumis aux incertitudes propres à une ressource encore émergente à l’échelle mondiale.
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Références
Gelman, Sarah E., et al. "Prospectivity Mapping for Geologic Hydrogen." USGS Professional Paper 1900, U.S. Geological Survey, 2025, https://pubs.usgs.gov/publication/pp1900/full.
Bendall, Betina. "Current Perspectives on Natural Hydrogen: A Synopsis." MESA Journal, no. 96, 2022, pp. 37–46. Department for Energy and Mining (South Australia), https://demstedpprodaue12.blob.core.windows.net/mesac-public/resources/files/5933419/MESAJ096037-046.pdf.
"Sustainable Energy: 'Fairy Circles' Can Provide Clues to the Depth of Natural Hydrogen Sources." University of Vienna News Release, Université de Vienne, 31 août 2025, https://www.univie.ac.at/en/news/detail/sustainable-energy-fairy-circles-can-provide-clues-to-the-depth-of-natural-hydrogen-sources.
"Natural Hydrogen: Subsurface Accumulation Process – Example of the Bourakebougou H₂ Field, Mali." IFP Energies nouvelles (IFPEN), 2023, https://www.ifpenergiesnouvelles.com/brief/natural-hydrogen-subsurface-accumulation-process-example-bourakebougou-h2-field-mali.
Prinzhofer, Alain, et al. "Discovery of a Large Accumulation of Natural Hydrogen in Bourakebougou (Mali)." International Journal of Hydrogen Energy, vol. 43, 2018, pp. 19315–19326. Elsevier, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319918327861.
"Activities – Natural Hydrogen." Hydroma Inc., https://hydroma.ca/activities-natural-hydrogen/.
"The White Gold Rush and the Pursuit of Natural Hydrogen." Rystad Energy, 11 mars 2024, https://www.rystadenergy.com/news/white-gold-rush-pursuit-natural-hydrogen.
"Mapping Prospectivity for Geologic Hydrogen." U.S. Geological Survey, 16 janv. 2025, https://www.usgs.gov/centers/central-energy-resources-science-center/science/mapping-prospectivity-geologic-hydrogen.
