Avoir un trésor décarboné sous ses pieds, c’est bien, mais encore faut-il pouvoir en faire quelque chose. Une équipe de recherche française a mis au point une technologie permettant d’exploiter l’hydrogène naturel piégé dans les tréfonds de la Lorraine. 

Il y a maintenant deux ans, la Française de l’Énergie (FDE) annonçait avoir découvert de l’hydrogène naturel dans les sous-sols lorrains grâce à Regalor, un projet de recherche initialement porté sur l’exploitabilité du gaz de charbon lorrain. Cette découverte laissait alors entrevoir le potentiel du plus grand gisement de dihydrogène naturel au monde.

Néanmoins, la caractérisation de ce gisement et sa potentielle exploitation sont d’une grande complexité. En effet, ce dihydrogène est dissous dans des nappes d’eau souterraines. Pour en savoir plus, un nouveau projet de recherche vient donc d’être lancé sous le nom de Regalor II. Il sera porté par la même équipe de recherche que le précédent, à savoir le laboratoire GéoRessources de l’université de Lorraine et du CNRS. Ce projet vise à comprendre l’origine de ce dihydrogène, à caractériser cette ressource et à définir une méthode d’exploitation. Le projet comporte également des industriels comme Saint-Gobain ou Teréga.

Une technologie semblable au Gore-tex

Pour cela, les équipes du projet pourront s’appuyer sur une technologie mise au point pour le projet Regalor, qui a permis de mesurer les concentrations de gaz dans les eaux souterraines. Cette technologie prend la forme d’une sonde équipée d’une membrane semi-perméable. Un peu à la manière du Gore-Tex, technologie bien connue des amateurs de randonnée, cette membrane laisse passer les gaz tout en restant imperméable à l’eau. Contrairement au Gore-Tex, qui fonctionne à une pression atmosphérique, la membrane développée pour Regalor est efficace par des pressions pouvant atteindre 100 à 200 bars.

Cette sonde devrait, dans un premier temps, permettre de déterminer avec exactitude la taille du gisement. Cette mission s’annonce complexe, car la teneur en hydrogène dans l’eau varie en fonction de la pression. Dans un deuxième temps, cette technologie pourrait servir de base à la mise en place d’une usine d’exploitation capable de valoriser cet hydrogène. D’ailleurs, l’objectif de La Française de l’Énergie est ambitieux : mettre l’hydrogène produit sur le marché dès 2029-2030.

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Des chercheurs trouvent une nouvelle piste pour revaloriser les déchets nucléaires : les utiliser pour produire de l’hydrogène. Selon leurs travaux, ces déchets pourraient même, dans le meilleur des cas, décupler le rendement des électrolyseurs.

L’hydrogène est souvent présenté comme la solution clé pour stocker l’énergie à grande échelle et décarboner les secteurs les plus difficiles à verdir. Mais ce vecteur n’est pas toujours propre. Sa pertinence écologique dépend étroitement de sa provenance et du procédé utilisé pour le produire. Aujourd’hui, l’électrolyse de l’eau est considérée comme la méthode la plus écologique, à condition qu’elle repose sur de l’électricité décarbonée. Elle reste toutefois coûteuse et très énergivore. Pour rappel, ce procédé consiste à utiliser de l’électricité pour séparer l’eau en deux éléments, l’hydrogène et l’oxygène.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’université de Sharjah ont ainsi exploré des solutions afin de réduire ces coûts. Pour cela, ils se sont penchés sur une idée assez surprenante : utiliser des combustibles nucléaires usés. L’idée est d’exploiter la radioactivité naturelle de ces éléments pour obtenir de l’hydrogène. « Cette approche transforme un sous-produit dangereux en une ressource précieuse », se félicitent ces chercheurs. L’enjeu est effectivement de taille : selon eux, le volume mondial de déchets nucléaires dépasse aujourd’hui les 4 millions de mètres cubes.

Décupler le rendement de l’électrolyse grâce aux déchets nucléaires

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont exploré une technique appelée « électrolyse assistée par rayonnement », qui consiste à combiner la radiolyse et l’électrolyse classique. La radiolyse exploite les rayonnements naturels émis par les déchets nucléaires (alpha, bêta et gamma) pour pré-fragmenter les molécules d’eau. Cette étape ne les casse pas totalement, mais crée plutôt des composés intermédiaires plus réactifs et donc plus faciles à dissocier lors de l’électrolyse. L’ensemble du procédé est conçu sans contact direct entre l’eau et les déchets nucléaires afin d’éliminer tout risque de contamination. Selon les chercheurs, cette combinaison de la radiolyse et de l’électrolyse pourrait multiplier par dix le rendement de la production d’hydrogène.

D’autres méthodes pour revaloriser les déchets nucléaires

En plus de l’électrolyse assistée par rayonnement, les chercheurs ont aussi évalué plusieurs autres pistes pour utiliser les déchets nucléaires dans la production d’hydrogène. Ces solutions se sont toutefois révélées moins avantageuses, mais elles offrent un aperçu des nombreuses possibilités de valorisation.

• Une des approches consiste à extraire l’uranium présent dans le combustible usé pour fabriquer des catalyseurs destinés aux électrolyseurs. Ces catalyseurs, qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommés, sont aujourd’hui souvent composés de métaux précieux comme le platine. L’uranium pourrait représenter une alternative bien moins coûteuse, tout en offrant des performances potentiellement similaires.
• Les chercheurs se sont également intéressés à un procédé de production d’hydrogène différent de l’électrolyse : le reformage du méthane à la vapeur. Cette technique utilise généralement un catalyseur à base de nickel, mais celui-ci s’encrasse rapidement à cause des dépôts de carbone, ce qui réduit son efficacité. L’étude suggère donc de remplacer ce catalyseur par un équivalent à base d’uranium, plus résistant à l’encrassement et donc capable d’améliorer la rentabilité du procédé.
• Enfin, les scientifiques ont aussi cherché à utiliser directement la chaleur dégagée par les déchets nucléaires. Cette énergie thermique pourrait servir à préchauffer l’eau ou alimenter certaines étapes des réactions, permettant de réduire la quantité d’énergie externe nécessaire.

Des applications encore largement théoriques

Pour l’heure, ces différentes pistes demeurent théoriques, faute d’expérimentations à grande échelle. Et leur mise en pratique risque de se heurter à des contraintes réglementaires. Les lois encadrant la manipulation, le transport et l’accès aux déchets radioactifs sont extrêmement strictes. Elles empêchent les chercheurs de travailler directement avec ces matériaux, pourtant indispensables pour valider leurs hypothèses.

Faute d’autorisation, les expériences ont dû être menées avec des sources de rayonnement externes, utilisées pour simuler le comportement réel des déchets nucléaires. Une solution de substitution qui, selon les chercheurs, limite la fiabilité des résultats puisqu’elle ne reproduit pas parfaitement les conditions réelles.

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