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Comprendre la mobilité de l’H₂ dans les milieux poreux

La chaire junior[1] HYDR, portée par Salaheddine Chabab de 2021 à 2026 s’est terminée en juin dernier. Dans le cadre d’E2S (“Investissements d’Avenir”, n° ANR-16-IDEX-0002), label d’excellence I-SITE de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA), elle s’inscrit dans un dispositif qui associe projet scientifique, voie de recrutement universitaire et s’est fixée pour objectif d’étudier le stockage de l’hydrogène en aquifères[2].

Développée au sein de deux laboratoires de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA), le LaTEP[3] et le LFCR[4], elle s’est également construite grâce à l’implication de partenaires extérieurs à l’université. L’IFPEN[5] a apporté son expertise et sa collaboration scientifique, tandis que Fives ProSim a contribué au transfert des développements scientifiques vers des outils industriels. La Communauté d’Agglomération Pau Béarn Pyrénées (CAPBP) a, de son côté, participé au financement de travaux de recherche, tandis que l’Institut Carnot ISIFoR a soutenu la chaire à travers des dotations financières.

Cette diversité d’acteurs et de compétences rend compte des solutions trouvées afin de parvenir aux meilleurs résultats scientifiques possibles. Appuyée sur le cadre mis en place par l’UPPA, elle a su élargir son environnement et se projeter plus loin.

Une chaire « poupée russe » où s’enchâssent les projets, les travaux et les acteurs

Comme évoqué précédemment, derrière l’objectif initial et global de la chaire se trouve un ensemble de projets, de phases de recherche, d’acteurs et de collaborations qui se sont progressivement articulés les uns avec les autres.

Le projet HYDR, porté par l’UPPA a été confié, après une sélection exigeante des candidats, à Salaheddine Chabab, qui a conduit ce projet et a développé cette nouvelle activité de recherche au sein de l’Université.

Dans un tel environnement, plusieurs acteurs extérieurs à l’UPPA sont intervenus pour accompagner ces travaux de recherche, apporter leur expertise ou encore contribuer au transfert de certains résultats vers des applications industrielles. On y trouve ainsi un EPIC, une collectivité territoriale, un industriel et un institut Carnot.

• CAPBP – Communauté d’Agglomération Pau Béarn Pyrénées :
  la CAPBP a notamment financé une thèse et un postdoc. Cette contribution a permis de renforcer l’ancrage territorial de la chaire et son inscription dans les enjeux locaux liés à la transition énergétique.
• Fives ProSim :
  l’entreprise a contribué au transfert des développements scientifiques vers des outils opérationnels, notamment à travers l’intégration et l’optimisation des modèles développés dans des environnements de calcul thermodynamique et de simulation des procédés.
• IFPEN :
  l’Institut français du pétrole et des énergies nouvelles a apporté une expertise scientifique et applicative dans les domaines de la thermodynamique du sous-sol, de la modélisation et des outils de simulation.
• L’Institut Carnot ISIFoR :
  a accompagné les travaux grâce aux financements attribués dans le cadre de ses appels à projets annuels. Ces financements ont notamment permis l’acquisition de matériels nécessaires aux activités de recherche.

Stocker l’hydrogène dans la perspective de la transition énergétique

L’hydrogène (H₂) est considéré comme un vecteur énergétique prometteur pour accompagner la transition énergétique et contribuer à la décarbonation de nombreux secteurs. La combinaison de la production d’hydrogène à partir d’électricité renouvelable et de son stockage souterrain pourrait notamment constituer une solution pour répondre à l’intermittence des énergies éolienne et solaire.

Pour répondre aux fluctuations de la demande d’énergie à long terme et à grande échelle, le stockage géologique en milieux poreux apparaît comme une solution particulièrement pertinente. Il présente en effet des capacités et des volumes de stockage importants, ainsi qu’une large disponibilité géographique.

La chaire HYDR avait ainsi pour objectif principal d’étudier l’impact du stockage souterrain de l’hydrogène, pur ou en mélange, dans des aquifères salins profonds. Elle visait à mieux comprendre et à quantifier la mobilité de l’H₂ dans ces milieux, en étudiant sa dissolution, sa diffusion et ses interactions avec l’eau de formation, les saumures et les éventuels gaz coussins[6] présents dans le réservoir.

Pour évaluer la faisabilité de ce stockage, il est en effet nécessaire de disposer de données fiables sur les équilibres de phases, les propriétés de transport et l’influence de différents paramètres tels que la pression, la température, la salinité ou encore la composition des mélanges gazeux.

Ces connaissances sont essentielles pour estimer les pertes potentielles liées à la dissolution et aux réactions biogéochimiques, anticiper l’évolution de la composition du gaz stocké puis soutiré, et alimenter les modèles de simulation utilisés à l’échelle du réservoir comme des procédés de surface.

Trois grandes phases ont marqué l’existence de cette chaire :

• Phase 1 : réalisation de travaux expérimentaux dans des conditions représentatives du sous-sol ;
• Phase 2 : développement de simulations à l’échelle moléculaire permettant de prédire les propriétés thermodynamiques et de transport de l’H₂ ;
• Phase 3 : développement de modèles robustes capables de représenter les différents systèmes étudiés et de les intégrer dans des outils de calcul ou de simulation à grande échelle.

HYDR – une chaire qui a tenu ses promesses

En premier lieu, les travaux menés au sein de la chaire HYDR ont permis de structurer une activité de recherche cohérente autour du stockage souterrain de l’hydrogène en aquifères entre expérimentation, simulation moléculaire et modélisation thermodynamique.

Les résultats obtenus ont été valorisés sous formes de dizaines d’articles et de communications scientifiques, et ont ensuite ouvert la voie à de nouvelles collaborations avec des industriels ; Teréga, Aramco, SINTEF, des structures académiques, parmi lesquels le LMAP de l’UPPA, le CERE-DTU[7]… Ils ont également permis de poursuivre et d’approfondir les travaux avec certains acteurs déjà engagés dans la chaire, comme Fives ProSim.

Au-delà du seul stockage de l’hydrogène, l’expérience acquise et les projets menés par HYDR ont aussi ouvert des perspectives inédites dans d’autres domaines d’application. Les compétences et les outils développés peuvent ainsi être mobilisés pour étudier la capture et valorisation du CO₂, la géothermie profonde ou encore l’hydrométallurgie, notamment dans les domaines de la lixiviation, de la biolixiviation et de la précipitation, dans des contextes miniers ou liés au recyclage.

 

[1] D’une durée de trois à six ans, elle permet à son lauréat de développer un projet de recherche tout en s’intégrant dans son environnement scientifique. À l’issue de cette période, une commission de titularisation évalue sa valeur scientifique et son aptitude professionnelle, en vue de son accès à un emploi dans le corps des professeurs des universités.

[2] Sol ou une roche réservoir originellement poreuse ou fissurée, contenant une nappe d’eau souterraine suffisamment perméable pour que l’eau puisse y circuler.

[3] Laboratoire de Thermique, Énergétique et Procédés

[4] Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs

[5] IFP Énergies nouvelles

[6] Volumes de gaz qui restent dans un réservoir souterrain (pour maintenir une pression suffisante dans le réservoir) dont ils ne peuvent être retirés.

[7] Center for Energy Resources Engeneering at the Technical University of Denmark

27 octobre 2026