État des connaissances scientifiques actuelles sur les sources et les occurrences d’hydrogène naturel pertinentes pour le contexte géologique du Québec.

Séjourné, Stephan; Comeau, Félix-Antoine et Malo, Michel (2023). État des connaissances scientifiques actuelles sur les sources et les occurrences d’hydrogène naturel pertinentes pour le contexte géologique du Québec. Rapport de recherche (R2181). INRS, Centre Eau, Terre et Environnement, Québec.

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Résumé

L’hydrogène naturel a été documenté dans de nombreux environnements géologiques depuis le début du XXe siècle de manière occasionnelle ou accidentelle, mais il n’a commencé à retenir l’attention des milieux académique, gouvernemental et industriel que depuis la fin des années 2010. L’essor récent de ces recherches requiert donc une mise à jour périodique de l’état des connaissances sur le sujet, en préalable à tout effort d’exploration dans le contexte géologique du Québec. Le présent rapport vise à dresser l’inventaire de ces connaissances, en se concentrant sur les environnements géologiques les plus pertinents pour la province. Cette étude est destinée à supporter les efforts d’exploration pour l’hydrogène naturel au Québec. Parmi les différents mécanismes géologiques connus comme pouvant produire de l’hydrogène naturel, les plus pertinents en contexte québécois incluent : 1) le dégazage du manteau et du noyau; 2) la radiolyse de l’eau en présence de roches faiblement radioactives, tels les granites; 3) l’altération hydrothermale et principalement le processus de serpentinisation des roches mafiques et ultramafiques; ainsi que 4) la décomposition de la matière organique des shales par enfouissement ou par métamorphisme de contact. D’autres phénomènes peuvent également produire de l’hydrogène naturel dans toutefois des quantités moindres, notamment la friction associée au mouvement des failles, la production par les micro-organismes ou l’activité humaine liée aux forages. Enfin, la possibilité de provoquer artificiellement la production d’hydrogène dans certains environnements géologiques naturels commence à être envisagée (hydrogène orange). Le principal mode de découverte de l’hydrogène naturel a longtemps été de manière fortuite. Les découvertes les plus récentes et les travaux scientifiques récents et en cours contribuent à rationaliser la démarche exploratoire, notamment par une meilleure compréhension des associations avec d’autres gaz non-combustibles, de la nature de certaines dépressions de surface, et des caractéristiques géophysiques de certaines accumulations. Les principaux sites dans lesquels l’hydrogène naturel est documenté ont toutefois des caractéristiques très disparates, de sorte qu’une typologie des environnements propices à l’accumulation d’hydrogène naturel demeure encore difficile à établir. En particulier, de nombreuses lacunes de connaissance demeurent à propos des propriétés hydrauliques des roches réservoirs et couvertures par rapport à l’hydrogène, ainsi qu’à propos des réactions chimiques qui peuvent nuire ou favoriser la circulation ou le piégeage de l’hydrogène. Des enseignements peuvent toutefois être tirés des travaux en cours sur le stockage géologique d’hydrogène manufacturé et des travaux d’exploration pour l’hélium, un atome dont la taille est comparable à celle de la molécule de dihydrogène. Présentement, l’exploration pour l’hydrogène naturel est principalement concentrée dans les bassins sédimentaires, d’une part parce que les données de l’industrie pétrolière permettent d’évaluer rapidement la présence de différents types de gaz en sous-surface, tel l’hydrogène, d’autre part parce que les bassins sédimentaires contiennent des roches couvertures à même de retenir au moins en partie l’hydrogène, dans des quantités plus ou moins importantes, de la même manière que les hydrocarbures. D’autres types de réservoirs potentiels peuvent toutefois être envisagés et commencent à retenir l’attention pour l’exploration, en particulier les roches cristallines du socle, qui sont aussi souvent elles-mêmes des roches sources pour l’hydrogène naturel. Dans ce type d’environnement, la présence de fractures naturelles est nécessaire au développement d’un réservoir. Enfin, un exemple de capture et de commercialisation de gaz naturel provenant d’émanations de méthane à la sortie d’évents naturels ouvre la perspective d’une production d’hydrogène naturel directement à partir des émanations de surface. La conceptualisation d’un « système hydrogène » est en cours de maturation. Un système hydrogène typique inclut une roche source, un conduit de migration, une roche réservoir et sa couverture imperméable, à l’instar des systèmes pétroliers conventionnels. Cette analogie n’est toutefois pas satisfaisante et peut induire en erreur, car les différences entre les deux ressources sont significatives. L’une des différences fondamentales est que, contrairement aux réservoirs d’hydrocarbures qui s’épuisent à mesure qu’on les produit, la charge en gaz des réservoirs d’hydrogène apparaît au contraire transitoire, le réservoir étant souvent encore alimenté aujourd’hui par la source. Dans certaines conditions, il est envisageable que cette recharge soit renouvelable à l’échelle humaine.

Type de document:	Rapport
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	25 juill. 2023 14:40
Dernière modification:	09 juill. 2024 14:06
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13568

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