Le stockage d’hydrogène vert (H₂) dans le sous-sol profond est envisagé comme un moyen d’amortir les déséquilibres entre l’offre et la demande d’énergie dans les réseaux électriques alimentés par des sources renouvelables intermittentes. Cependant, le H₂ est un réducteur susceptible d’induire des interactions fluide–roche dans les conditions de stockage (30–150 °C, 50–200 bar PH₂). Cette thèse étudie la réactivité minérale abiotique à haute pression partielle d’hydrogène, en mettant l’accent sur la dissolution réductrice de la pyrite. La cinétique de dissolution de la pyrite par le H₂ nécessite le suivi de la concentration des sulfures produit in situ. Quatre méthodes ont été examinées: la spectrophotométrie au bleu de méthylène, le dosage inverse à l’iode, la potentiométrie à électrode Ag⁺/S²⁻, et la conversion en sulfate. La comparaison a montré des tendances similaires, mais des divergences sont apparues selon les gammes de concentration. La cinétique de dissolution réductrice de la pyrite a été étudiée dans des réacteurs batch (60–150 °C, 0–150 bar PH₂, pHin situ ≈ 4–10), conduisant à la formation secondaire de pyrrhotite et de magnétite. Les taux de dissolution de la pyrite après 12 heures augmentent avec la température et la pression partielle de H₂. La dépendance au pH a été ajustée selon une relation en « V » (deux domaines de taux–pH) ou en « U » (trois domaines de taux–pH), donnant lieu à deux lois de vitesse: Loi de vitesse en “U” (Ea = 35. 2 kJ mol-1): r=10^ (-5. 42) e^ (-35208/RT) (P_ (H₂) ) ⁰. 37 (1-Q/Kₑq) Loi de Vitesse en “V” (Ea = 29. 4 kJ mol-1): r=10^ (-5. 13) e^ (-29370/RT) (a_ (H^+) ) ⁰. 13 (P_ (H₂) ) ⁰. 37 (1-Q/Kₑq) Leur applicabilité a été validée en reproduisant les concentrations expérimentales de S⁻II (aq). L’évolution géochimique d’un stockage d’H₂ sur 30 ans dans un réservoir de gaz naturel déplété (117 °C, 150 bar Ptotal, 98 % H₂, 0, 13 vol% Xpy) a été modélisée en 0D à l’aide de PHREEQC et d’une base de données Thermoddem découplée en redox. Les modèles montrent une transition d’un dégazage initial de CO₂ (4, 2 %) vers une libération tamponnée de sulfures à long terme (26–28 ppm H₂S (gaz) ) issue de la réduction de la pyrite (–79, 4 mol %). Une analyse de sensibilité de la formation de H₂S (gaz) dans le même scénario UHS a donné les concentrations de 100 ppm après dissolution complète de la chlorite ferrifère (≥ 1 vol% Xpy). La lixiviation du Fe²⁺ des minéraux ferreux (par ex. chlorite ferrifère, sidérite) tamponne la concentration en sulfures issus de la réduction de la pyrite favorisant la précipitation de pyrrhotite. La réactivité du H₂ vis-à-vis de la roche-réservoir (grès) et de la roche-couverture (argilite) d’un réservoir de gaz naturel déplété a été étudiée à 120 °C, 100 bar PH₂, sur des durées d’exposition de 1, 4 et 10 mois. Les expériences sur poudres utilisaient des assemblages minéraux naturels et dopés (+5 % masse de pyrite et d’hématite chacun), comparés à des témoins sous atmosphère d’Ar. En absence de pyrite, aucune réaction notable induite par le H₂ sur les silicates, argiles, carbonates ou sulfates n’a été observée. Dans les expériences sur grès dopés, la dissolution de la pyrite, la lixiviation du fer de l’hématite et la formation de pyrrhotite ont produit ≤ 0, 012 mM de S²⁻ (aq) en 316 jours. Dans une expérience sans hématite, la concentration en S⁻II (aq) était environ 50 fois plus élevée après seulement 28 jours, et présentait des indices de dissolution indirecte des carbonates. Ces résultats montrent que la réactivité abiotique minéraux–H₂ dans les conditions UHS est limitée à quelques minéraux, mais demeure non négligeables. En particulier, la réduction de la pyrite entraîne indirectement des réactions induites par le H₂ sur les carbonates et les minéraux ferrifères. Ces derniers contrôlent l’évolution abiotique des concentrations en sulfures dans les systèmes de stockage souterrain d’H₂.
Robin Hintzen (Fri,) studied this question.