Hydrogen mon amour

Imaginez un avenir où l'énergie du monde provient principalement du soleil et du vent. C'est un objectif vers lequel de nombreuses nations tendent, mais ces sources ont un rythme naturel : le soleil ne brille pas la nuit, et le vent ne souffle pas toujours. Lorsque le temps est calme et sombre pendant plusieurs jours consécutifs, le réseau électrique fait face à une pénurie. Pour maintenir les lumières allumées, nous avons besoin d'un moyen de stocker l'énergie pour ces périodes rares et difficiles. Une idée consiste à utiliser l'hydrogène, un gaz qui peut être fabriqué à partir d'eau grâce à l'électricité, stocké pendant une longue période, puis reconverti en énergie lorsque cela est nécessaire. Cependant, fabriquer ce gaz, le transporter et le reconvertir en électricité est un processus qui perd beaucoup d'énergie et peut encore créer de la pollution si cela n'est pas fait avec soin. Les scientifiques posent désormais une question différente : au lieu de fabriquer ce carburant, pourrions-nous trouver qu'il nous attend déjà sous terre ?

Cette question est au cœur d'un nouvel essai des physiciens Christophe Grojean et Patrick Janot, qui explorent comment le FCC, un immense collisionneur de particules, pourrait s'alimenter sans dépendre lourdement de l'énergie nucléaire. Le FCC est une machine prévue pour étudier les plus petits constituants de l'univers, mais elle aura également besoin d'une quantité énorme d'électricité — environ 1,3 térawattheure par an. Bien que les auteurs soutiennent que la majeure partie de cette puissance pourrait provenir de sources renouvelables comme le solaire et l'éolien, ils reconnaissent qu'une part petite mais significative pourrait encore provenir de centrales nucléaires. L'énergie nucléaire est propre en termes d'émissions de carbone, mais elle produit des déchets radioactifs, ce qui est une préoccupation majeure pour le public et l'environnement. Les auteurs veulent voir s'il existe un moyen de réduire davantage cette part nucléaire restante, et avec elle, les déchets radioactifs associés, en trouvant une meilleure façon de gérer ces jours où le vent et le soleil font défaut.

Les auteurs commencent par parcourir les options de stockage d'énergie, traitant le problème comme un voyage. La façon la plus efficace d'utiliser l'électricité est de l'utiliser immédiatement lorsqu'elle est générée. Si cela n'est pas possible, la prochaine étape consiste à la stocker dans des batteries. Les batteries sont excellentes pour conserver l'énergie pendant quelques heures, par exemple de l'après-midi jusqu'au soir, et elles sont très efficaces pour récupérer l'énergie. Cependant, les batteries deviennent trop coûteuses et lourdes si l'on tente de stocker de l'énergie pendant plusieurs jours ou semaines. Pour ces écarts plus longs, connus sous le nom de « périodes de calme plat » (dark doldrums), les auteurs se tournent vers l'hydrogène. L'hydrogène peut être stocké dans de grands réservoirs pendant de longues périodes, mais le processus consistant à transformer l'électricité en hydrogène, à le stocker, puis à le reconvertir en électricité est très inefficace. On perd plus de la moitié de l'énergie initiale en cours de route.

L'article examine ensuite l'idée de fabriquer de l'hydrogène « vert » en utilisant l'énergie solaire dans des régions ensoleillées lointaines, en le transportant jusqu'au collisionneur, et en le reconvertissant en électricité. Les auteurs calculent que cela nécessiterait une ferme solaire massive, couvrant une zone d'environ trois à quatre kilomètres de côté, et coûterait environ un milliard d'euros rien que pour les panneaux solaires. Même avec cet investissement colossal, le système ne récupérerait qu'environ 20 % de l'énergie initiale. Ils concluent que, bien que cela puisse fonctionner comme un recours de dernier ressort, c'est trop inefficace et coûteux pour être la solution principale aux besoins du collisionneur. Les auteurs sont clairs : l'hydrogène n'est pas un carburant magique ; c'est simplement un moyen de déplacer l'énergie à travers le temps ou l'espace, et cela s'accompagne d'un prix élevé en termes de perte d'énergie et de coût.

Après avoir écarté l'idée de fabriquer de l'hydrogène juste pour alimenter le collisionneur, les auteurs tournent leur attention vers une possibilité plus surprenante : l'hydrogène naturel. Pendant longtemps, les géologues ont ignoré l'hydrogène trouvé sous terre car ils cherchaient du pétrole et du gaz. Cependant, des relevés récents dans la région de la Lorraine, en France, ont trouvé des quantités significatives d'hydrogène dissous dans l'eau profondément enfouie. Dans un forage spécifique creusé à une profondeur de 3 655 mètres, des scientifiques ont trouvé de l'hydrogène dans les couches rocheuses. Certaines estimations suggèrent que cette zone pourrait contenir jusqu'à 46 millions de tonnes d'hydrogène. Si cette ressource est réelle et accessible, elle changerait la donne car elle ne nécessiterait pas le processus énergivore de séparation de l'eau pour créer le carburant. La nature aurait déjà fait le travail.

Les auteurs prennent garde à ne pas présenter cela comme un problème résolu. Ils soulignent que trouver de l'hydrogène dans un échantillon de roche est très différent de disposer d'un flux constant de gaz sortant d'un puits. La question clé est de savoir si le réservoir peut produire suffisamment d'hydrogène chaque jour pour être utile. Les données actuelles montrent que, bien que l'hydrogène soit présent, personne n'a encore démontré un débit industriel assez important pour alimenter une installation telle que le FCC. Les auteurs suggèrent que si cette ressource peut être exploitée de manière durable, elle pourrait être l'une des sources d'énergie les plus propres disponibles, avec une empreinte carbone bien inférieure à celle de l'hydrogène fabriqué à partir de combustibles fossiles. Elle ne produirait pas les déchets radioactifs associés à l'énergie nucléaire, et ne nécessiterait pas les pertes d'énergie massives associées à la fabrication de l'hydrogène à partir de l'électricité.

L'essai propose une voie pratique. Les auteurs suggèrent que l'organisation derrière le collisionneur, le CERN, pourrait agir en tant que « client de lancement ». En signant un accord à long terme pour acheter de l'électricité générée à partir d'hydrogène naturel, le CERN pourrait aider à financer le développement de l'industrie. Cela donnerait aux scientifiques et aux ingénieurs la confiance nécessaire pour construire l'infrastructure indispensable, tester les débits et prouver que la ressource est réelle. Le calendrier concorde bien : si les essais prévus pour la fin des années 2020 sont couronnés de succès, l'industrie pourrait être prête à approvisionner le collisionneur lorsqu'il commencera son fonctionnement en 2048.

En fin de compte, cet article n'est pas une promesse que l'hydrogène naturel sauvera la mise, mais un appel à l'étudier sérieusement. Les auteurs soutiennent que nous devrions cesser de supposer que tout l'hydrogène doit être fabriqué par l'homme. Au lieu de cela, nous devrions chercher l'hydrogène que la Terre produit depuis des millénaires. Ils concluent que, tandis que l'énergie de fusion et d'autres technologies avancées sont encore très lointaines, l'hydrogène naturel offre une possibilité tangible et immédiate. Le défi consiste désormais à passer de l'espoir aux données concrètes, à mesurer le débit, à vérifier l'empreinte carbone et à déterminer si cet « or blanc » est véritablement une ressource sur laquelle nous pouvons compter. La réponse n'est pas encore connue, mais les auteurs pensent que c'est une question qui mérite d'être posée, et une question qui pourrait changer la façon dont nous alimentons notre avenir.