Une nouvelle étude révèle que l'impact du dihydrogène atmosphérique sur le réchauffement climatique a été largement sous-estimé. Bien que le dihydrogène soit souvent présenté comme une alternative propre aux combustibles fossiles, ses interactions avec d'autres gaz, notamment le méthane, contribuent à un réchauffement indirect de l'atmosphère. Les scientifiques appellent à une meilleure gestion des fuites liées à la production et à l'utilisation future du dihydrogène.
Points Clés
- Le dihydrogène cause un réchauffement indirect en interagissant avec le méthane.
- Ce réchauffement indirect a atteint 0,02°C au cours de la dernière décennie.
- Les fuites de dihydrogène et l'oxydation du méthane sont les principales sources d'augmentation.
- La gestion des fuites et la réduction des émissions de méthane sont cruciales.
Un réchauffement indirect longtemps ignoré
Le dihydrogène, ou H₂, est loué pour son potentiel en tant que carburant propre, ne produisant que de l'eau lors de sa combustion. Il est considéré comme un élément clé de la transition énergétique. Cependant, des recherches récentes mettent en lumière un aspect moins connu : son rôle dans le réchauffement climatique.
Une étude récente, publiée dans la revue Nature, constitue l'analyse la plus complète à ce jour du cycle global du dihydrogène. Elle examine comment ce gaz circule entre l'atmosphère, la terre et les océans. Les résultats indiquent que l'augmentation des niveaux de dihydrogène dans l'atmosphère a entraîné un réchauffement indirect de 0,02°C au cours des dix dernières années, de 2010 à 2020.
Fait Intéressant
Le dihydrogène est l'élément le plus léger et le plus abondant de l'univers. Il possède une densité énergétique supérieure à celle des combustibles fossiles, ce qui en fait un candidat attrayant pour l'énergie.
Interaction complexe avec le méthane
Le dihydrogène n'est pas un gaz à effet de serre direct. Son impact sur le climat est indirect. Il interagit principalement avec le méthane, un puissant gaz à effet de serre, le deuxième contributeur au réchauffement climatique d'origine humaine après le CO₂.
Cette interaction implique des molécules atmosphériques appelées radicaux hydroxyles. Ces molécules naturelles agissent comme des « détergents » atmosphériques. Elles réagissent avec certains gaz à effet de serre, comme le méthane, pour les transformer en composés moins nocifs. Cependant, le dihydrogène réagit également avec ces radicaux hydroxyles. Il les « consomme » en quelque sorte, réduisant ainsi leur disponibilité pour réagir avec le méthane.
« Le dihydrogène utilise les radicaux hydroxyles, laissant moins de ces ‘détergents’ pour réagir avec le méthane, prolongeant ainsi sa durée de vie dans l'atmosphère », explique le professeur Rob Jackson, scientifique à l'Université de Stanford et co-auteur de l'étude.
Cela conduit à des concentrations plus élevées de méthane et, par conséquent, à un plus grand réchauffement. Il existe également un effet réciproque : plus il y a de méthane dans l'atmosphère, plus il y a de dihydrogène. Le méthane s'oxyde dans l'atmosphère, un processus qui produit du dihydrogène.
Les sources principales de l'augmentation du dihydrogène
L'étude identifie plusieurs sources contribuant à l'augmentation des niveaux atmosphériques de dihydrogène. La principale contribution entre 2010 et 2020 provient de l'oxydation du méthane produit par l'homme. Les émissions de méthane sont en hausse en raison d'activités humaines telles que l'industrie des combustibles fossiles, l'élevage et la gestion des déchets.
Plus de la moitié, précisément 56 %, du dihydrogène atmosphérique entre 2010 et 2020 était due à l'oxydation du méthane et des composés organiques volatils non méthaniques (COVNM). Ces derniers sont libérés naturellement par la végétation et plus rapidement lors des incendies de forêt. Les émissions de COVNM d'origine humaine, provenant par exemple des raffineries de pétrole ou des pots d'échappement des voitures, sont également en augmentation.
Les fuites de la production industrielle de dihydrogène constituent un autre facteur. Ces fuites augmentent non pas parce que la fabrication devient moins propre, mais parce que la production globale de dihydrogène à partir du charbon et du gaz naturel augmente.
Contexte de la production de dihydrogène
La majeure partie du dihydrogène est actuellement produite par vaporeformage, un processus qui utilise des combustibles fossiles et génère du CO₂. Moins de 10% est du « dihydrogène vert », produit par électrolyse de l'eau à l'aide d'énergies renouvelables, avec des émissions de carbone quasi nulles.
Les puits de dihydrogène et les zones à risque
L'étude ne se contente pas d'identifier les sources. Elle quantifie également les « puits » de dihydrogène, c'est-à-dire les mécanismes qui absorbent ce gaz de l'atmosphère. Près des trois quarts de l'absorption mondiale de dihydrogène se produit dans le sol. Des microbes du sol consomment le dihydrogène pour leur énergie, et le gaz s'infiltre dans le sol par diffusion.
Cependant, cette absorption par le sol présente la plus grande incertitude en raison du manque de données à long terme. « L'absorption par le sol est le principal mécanisme d'élimination du dihydrogène de l'atmosphère, mais elle est aussi la plus incertaine », souligne le Dr Zutao Ouyang, professeur adjoint à l'Université de Harvard et auteur principal de l'étude.
Les « points chauds » d'émissions de dihydrogène se situent en Asie du Sud-Est et de l'Est. Les régions tropicales contribuent environ 60 % des émissions totales. Ces zones connaissent une oxydation plus rapide du méthane et des COVNM en raison des températures plus élevées et d'une végétation plus dense, ce qui entraîne des émissions de COVNM plus importantes.
- Asie de l'Est et Amérique du Nord : Contribuent le plus aux émissions de dihydrogène provenant de la combustion de combustibles fossiles, en raison d'une utilisation intensive.
- Amérique du Sud : Émissions élevées de dihydrogène dues à la fixation de l'azote, un processus lié à la culture intensive de cultures comme le soja et les arachides.
Implications pour l'avenir de l'énergie propre
Les projections climatiques futures devront intégrer cet impact du dihydrogène. L'étude suggère que le dihydrogène pourrait entraîner un réchauffement supplémentaire de 0,01 à 0,05°C d'ici 2100. Ce réchauffement n'a pas été inclus dans les rapports d'évaluation précédents du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).
Pour bénéficier pleinement du dihydrogène comme alternative propre, il est crucial de limiter les fuites des futurs projets de carburant à base de dihydrogène et de réduire rapidement les émissions de méthane.
« Le dihydrogène est un excellent choix pour remplacer les combustibles fossiles sur site, par exemple pour l'industrie sidérurgique », déclare Rob Jackson. « Mais je suis préoccupé par une économie du dihydrogène qui distribuerait ce gaz à des millions d'utilisateurs à travers le monde, car le potentiel de fuite serait énorme. »
La molécule de dihydrogène est plus petite que celle du méthane. Si le méthane fuit, le dihydrogène est susceptible de fuir encore plus facilement. Une meilleure compréhension de l'absorption du dihydrogène par le sol, y compris sa réponse aux changements climatiques de l'humidité et de la température du sol, est essentielle pour évaluer de manière fiable les impacts climatiques des futures évolutions des émissions de dihydrogène.
