Forer pour comprendre la migration de l'hydrogène dans le sous-sol peu profond – DENHyMS

Les scénarios d’atteinte de la neutralité carbone en 2050 prévoient une forte augmentation de l'utilisation d'hydrogène (H2). Comme pour le gaz naturel, d'importants volumes d’H2 devront être stockés sous terre, posant la question de l'intégrité du stockage et du risque de fuite de ce gaz très diffusif et qui a des limites d'inflammabilité et d'explosion importantes dans l'air.
En parallèle, de nombreux projets émergent dans le monde, centrés sur le potentiel de l'H2 naturel, produit naturellement par divers processus terrestres, à devenir une ressource. L'H2 naturel est souvent détecté par ses fuites en surface, lorsqu’il atteint la zone critique, couche la plus superficielle de la Terre et lieu d’interactions air-eau-roche. Etudier la façon dont l'H2 naturel migre ou est piégé est une source d’information pour les stratégies de surveillance que nous devrons mettre en œuvre pour contrôler l’intégrité des futurs stockages souterrains d’H2.
Nous proposons, au travers du projet DENHyMS, de mettre en place un laboratoire in-situ pour étudier la migration de l’H2 naturel dans la zone critique (0-100 m de profondeur), en utilisant un cas de fuite naturelle, documenté, pour fournir des informations tant sur l'intégrité de sites de stockage que pour la prospection d'H2 naturel. Ce projet étudiera la migration, la réactivité, le piégeage dans les 2 compartiments de la zone critique, partie profonde (zone saturée) et partie superficielle (zone non saturée), donc en milieu multiphasique.
Ce projet multidisciplinaire, groupant 7 partenaires, repose sur le forage d’un minimum de 2 puits dédiés pour surveiller le comportement des gaz (H2, CO2, O2, CH4...) dans les zones saturées et non saturées. Des études de terrain, géologiques, géophysiques et géochimiques, permettront d’abord de sélectionner le meilleur site pour implanter les forages. Ces études seront conduites selon les meilleures pratiques en matière de dialogue constructif avec les parties prenantes locales. Durant le forage, des échantillons de roche seront prélevés et caractérisés minéralogiquement et microbiologiquement. Ces échantillons feront l’objet d’un monitoring de leur dégazage en laboratoire, sur 2 ans, pour étudier les cinétiques de dégazage. Une fois les forages équipés, un suivi géochimique et microbiologique de la zone critique sera fait durant 2 ans, pour décrire la migration du gaz, la variabilité des émissions, l'influence des réactions redox, le rôle de l'aquifère et des consortiums bactériens sur la production ou la consommation d'H2. Des travaux de géologie et de géophysique seront menés pour comprendre comment certaines variables saisonnières (degré de saturation en eau des formations) influencent la migration des gaz, et contribuer à élaborer un modèle conceptuel de migration des fluides. Ces données seront intégrées dans un modèle de transport réactif décrivant la réactivité gaz/eau/roche/biote dans la zone critique. Ce modèle simulera les flux d'eau et de gaz dans un milieu de saturation en eau variable, en intégrant les processus réactifs qui peuvent affecter la concentration en gaz. Les calculs géochimiques pouvant être couplés aux équations d'advection et de diffusion, le modèle permettra in fine d'évaluer le flux d’H2 existant dans la zone d’étude. Un thésard et un post-doc contribueront tant aux études de terrain qu’à l’interprétation et à la modélisation des données géochimiques et microbiologiques.
En questionnant notre compréhension du rôle des aquifères, des bactéries, de la géologie, de la diffusion et de la réactivité, nous fournirons des éléments clés pour comprendre comment la subsurface favorise ou limite la migration d'H2. Ces informations seront utiles pour améliorer les stratégies de contrôle de l'intégrité des stockages souterrains et pour la recherche de zones productrices d'H2 naturel, en indiquant dans quelle mesure des fuites d’H2 peuvent être détectables en surface et quels phénomènes peuvent amener à rendre complexe cette détection.