Produire de l'hydrogène avec du basalte ?

[Daumic]

Alain Prinzhofer et Eric Deville, dans leur livre « Hydrogène naturel: La prochaine révolution énergétique ? » (1), évoquent les nombreuses émissions naturelles d’hydrogène présentes à la surface de la Terre. Ils montrent qu’une des sources probables de cet hydrogène naturel est la réaction de serpentinisation. Cette réaction a lieu lorsque de l’eau entre en contact avec des péridotites.

La thèse de Benjamin Malvoisin « Conditions réductrices associées à la serpentinisation » (2) étudie cette réaction. Ce travail montre également la possibilité de produire de l’hydrogène à l’aide de laitiers sidérurgiques. Que ce soit à partir de péridotite ou de laitier sidérurgique, l’hydrogène est obtenu par l’oxydation du Fe2+ par l’eau. Deux paramètres contrôlent la cinétique de la réaction : la température et le pH. Le pH élevé nécessaire à la réaction est généré par la forte concentration en ion Mg2+ et Ca2+ des péridotites et des laitiers sidérurgiques.

Je vous propose d’appliquer la réaction de serpentinisation à une autre source de Fe2+, les basaltes, pour produire de grands volumes d’hydrogène.

Les basaltes sont les roches ignées les plus abondantes à la surface de la Terre, alors que les péridotites sont peu présentes dans la croûte terrestre. La teneur en Fe2+ de ces deux types de roches est similaire (3) mais les basaltes n’ont pas la forte teneur en Mg2+ des péridotites. La concentration en Mg2+ des basaltes ne permet pas à ces roches de réagir au contact de l’eau comme les péridotites. Pour produire de l’hydrogène avec de l’eau et du basalte il faut augmenter le pH par un moyen extérieur.

Pour exploiter le Fe2+ contenu dans les basaltes, la séquence pourrait être la suivante :
- forage vertical pour atteindre une couche souterraine de basalte,
- forage horizontal dans la couche de basalte suivi d’une fracturation hydraulique,
- envoi dans le puits d’un lait de chaux.

Le lait de chaux est la base la moins chère et confère à l’eau en contact avec le basalte un pH de plus de 12 (4). Ce devrait être un pH suffisant pour permettre l’oxydation du Fe2+ de la roche. Les ions OH- apportés par le lait de chaux n’étant pas consommés, l’entretien de la réaction devrait se faire par un ajout régulier d’eau dans le puits.

L’autre paramètre contrôlant la réaction, la température, est déterminé par la profondeur du puits. Si la couche de basalte forée est à plus de 4000 mètres de profondeur, la température de la roche devrait être supérieure à 150°C. Selon la cinétique établie dans la thèse de M. Malvoisin, cette température devrait permettre une vitesse de réaction suffisante d’autant que cette chaleur est fournie gratuitement par la Terre.

Un autre élément pourrait être favorable à l’entretien de la réaction dans le puits : l’oxydation du Fe2+ transforme l’olivine contenue dans de la roche en serpentine. Comme cela est montré dans la thèse (2), ce passage d’un minéral à l’autre produit un gonflement et génère une pression de cristallisation de 300 MPa. Cette pression est supérieure à la pression lithostatique jusqu’à des profondeurs de 10 km. Cette situation pourrait rendre le puits autofracturant.

La courbe de production d’hydrogène pourrait être similaire à celle d’un puits de gaz de schiste et donc durer plusieurs années. Après la fin de la production, le puits reste utilisable pour le captage de CO2 ou pour la géothermie.


(1) « Hydrogène naturel: La prochaine révolution énergétique ? » par Alain Prinzhofer et Eric Deville, éditions Belin
(2) https://tel.archives-ouvertes.fr/fil..._archivage.pdf
(3) http://www.geolalg.com/chabou/cours4.pdf
(4) https://fr.wikipedia.org/wiki/Eau_de_chaux
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[Tawahi-Kiwi]

Salut,

La production d'hydrogene a partir de corps péridotitiques en cours d'altération est un phénomene marginal mais qui a un interet potentiel; Prinzhofer & Co n'ont rien decouvert du tout de ce point de vue. Les reactions de serpentinisation et la production d'hydrogene sont connues depuis le millieu des annees 70s, une décennie avant que Prinzhofer ne finissent ses études . Tout au plus ici (je n'ai pas lu ces documents), ils donnent un contexte gitologique et une appréciation économique de ce type de réaction.

Le pH élevé nécessaire à la réaction est généré par la forte concentration en ion Mg2+ et Ca2+ des péridotites et des laitiers sidérurgiques.

J'ai du mal a comprendre en quoi le Ca²⁺ intervient dans cette réaction, meme comme catalyseur (d'autant plus que dans les péridotites, c'est 2,5 a 4 wt.% de CaO tout au plus, pas vraiment une "forte concentration").

l’oxydation du Fe2+ transforme l’olivine contenue dans de la roche en serpentine.

Pas vraiment, la réaction idéale est Forsterite + eau --> Antigorite + Brucite; le fer n'a rien a voir dans cette reaction, et ne devient important que pour permettre son oxydation sous forme de magnétite, ce qui permet la réduction de l'eau.

Les basaltes sont les roches ignées les plus abondantes à la surface de la Terre, alors que les péridotites sont peu présentes dans la croûte terrestre. La teneur en Fe2+ de ces deux types de roches est similaire (3) mais les basaltes n’ont pas la forte teneur en Mg2+ des péridotites. La concentration en Mg2+ des basaltes ne permet pas à ces roches de réagir au contact de l’eau comme les péridotites. Pour produire de l’hydrogène avec de l’eau et du basalte il faut augmenter le pH par un moyen extérieur.

Le basalte réagit assez bien au contact de l'eau, les réactions ne sont juste pas de la serpentinisation (a l'exception des phénocristaux d'olivine). Les réactions d'ouralitisation et de saussuritisation sont typiques des basaltes altérés.

Il y a pas mal de difference entre un basalte et une péridotite; la composition chimique est singulierement differente, la texture est differente et la minéralogie est differente. Tout cela compte pour beaucoup dans ces réactions (et la raison pour laquelle les péridotites serpentinisées sont tres frequentes alors qu'un basalte serpentinisé est relativement rare (malgré leur abondance comme roche primaire et leur disponibilité pour les réactions d'altération).

Les deux principaux problemes que je vois la dedans sont la texture (combinés a la composition). Les péridotites ont une porosité non négligeable et une bonne permeabilité. Le basalte, c'est souvent moins génial et beaucoup plus massif; les techniques d'injections potentiellement applicables aux peridotites ne le seront pas forcement pour une masse basaltique.

L'autre probleme (probablement le plus important) est compositionel. Péridotite + fluide => Serpentine + hydrogene/méthane dans le contexte de serpentinisation, peut se simplifier par Olivine + H₂ => Antigorite + Magnetite + H₂. Pour une péridotite avec >60 vol.% d'olivine, c'est une approximation raisonable. Pour un basalte, c'est dans les cas extremes, 20 olivine wt.% modale (donc théorique), et dans bien des cas, aucun olivine exprimée.

Puis il y a tout le reste. Un basalte (dans le cadre de cette réaction), est fort riche en silice (50-55 wt.% SiO₂ exprimé sous forme de pyroxenes, de plagioclase et de matrice devitrifiée essentiellement. Mon avis est que dans les conditions que tu suggeres, la décomposition de ces minéraux (pyroxenes en serpentines non-idéales, amphiboles, épidotes; plagioclase en épidote, séricite, laumontite et halloysite) ne va pas du tout se passer comme cela se fait dans une péridotite. Amphibole et epidote qui sont des produits classiques de l'altération d'un basalte, peuvent accomoder l'oxydation du fer et l'eau au sein de leur structure cristalline, donc aucun gaz a émettre hors des réactions d'altération d'un basalte. Quand bien meme on aurait un basalte tres pauvre en calcium (ce qui reste rare), et qu'on peut produire des serpentines, la silice liberée dans cette réaction (minime dans le cas des péridotites), va completement combler le systeme et limiter toute permeabilité existante au debut de la réaction.

Bref, je reste tres tres dubitatif que tu ne puisses faire quoique ce soit que tu suggeres avec un basalte. Peut etre une picrite, mais c'est tout aussi rare (voire plus) a trouver qu'une péridotite.

envoi dans le puits d’un lait de chaux.

Ne perdrais tu pas tout l'avantage de la production d'hydrogene avec ce composé. La chaux se produit par decarbonatation du calcaire. Avec une telle production de CO₂, Il est peut etre plus facile, plus économique et moins polluant d'électrolyse de l'eau?

T-K

[Daumic]

Bonjour,

La production d'hydrogene a partir de corps péridotitiques en cours d'altération est un phénomene marginal mais qui a un interet potentiel; Prinzhofer & Co n'ont rien decouvert du tout de ce point de vue. Les reactions de serpentinisation et la production d'hydrogene sont connues depuis le millieu des annees 70s, une décennie avant que Prinzhofer ne finissent ses études . Tout au plus ici (je n'ai pas lu ces documents), ils donnent un contexte gitologique et une appréciation économique de ce type de réaction.

Alain Prinzhofer et Eric Deville n'ont jamais prétendu avoir découvert la réaction de serpentinisation. Ils ont, en collaboration avec des géologues russes, découvert des sources d'hydrogène continentales souvent associées à des dépressions circulaires dans le sol. Dans leur livre, ils citent la réaction de serpentinisation comme source possible de cet hydrogène qui émerge du sol.

J'ai du mal a comprendre en quoi le Ca²⁺ intervient dans cette réaction, meme comme catalyseur (d'autant plus que dans les péridotites, c'est 2,5 a 4 wt.% de CaO tout au plus, pas vraiment une "forte concentration").

Ce n'est pas le calcium mais le magnésium contenu dans les péridotites qui provoque la réaction de serpentinisation au contact de l'eau. La forte teneur en magnésium des péridotites rend l'eau en contact suffisamment basique pour provoquer l'oxydation du Fe2+ par l'eau.

Les diagrammes de Pourbaix (1) permettent de définir les domaines d’existence de composés chimiques selon le pH et le potentiel redox d’un milieu. Les tracés sur un diagramme de Pourbaix définissent les réactions de transformation d’un composé à l’autre. Une surface délimitée par ces tracés représente donc le domaine d’existence d’un composé donné.

On peut voir sur le diagramme du fer et de ses oxydes (2) que le domaine de stabilité du fer ferreux en milieu basique est particulièrement étroit. D’autre part, ce domaine chevauche la limite de stabilité de l’eau. Cette situation permet de prédire que le fer ferreux réduit l’eau et produit de l’hydrogène en milieu basique. Seule la lente cinétique de la décomposition de l’eau ralentit cette réaction.

(1)https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Pourbaix
(2)https://chem.libretexts.org/Textbook...rbaix_diagrams

Un basalte (dans le cadre de cette réaction), est fort riche en silice (50-55 wt.% SiO₂ exprimé sous forme de pyroxenes, de plagioclase et de matrice devitrifiée essentiellement.

La teneur en silice des basaltes (49%) n'est guère supérieure à celle des péridotites (42%) (3).

(3)http://www.geolalg.com/chabou/cours4.pdf

Ne perdrais tu pas tout l'avantage de la production d'hydrogene avec ce composé. La chaux se produit par decarbonatation du calcaire. Avec une telle production de CO₂, Il est peut etre plus facile, plus économique et moins polluant d'électrolyse de l'eau?

Pour produire de l'hydrogène par électrolyse, il faut une source d'énergie primaire. L'hydrogène produit actuellement vient de la conversion du méthane, réaction qui produit beaucoup de gaz carbonique.

L'hydroxyde de calcium injecté dans le puits sert à exposer le basalte à un pH basique. Les ions hydroxyde ne sont pas consommés par la réaction de serpentinisation. Il me semble que la quantité de gaz carbonique libéré pour la production de Ca(OH)2 devrait rester minime en regard du volume d'hydrogène produit.

[Tawahi-Kiwi]

Alain Prinzhofer et Eric Deville n'ont jamais prétendu avoir découvert la réaction de serpentinisation. Ils ont, en collaboration avec des géologues russes, découvert des sources d'hydrogène continentales souvent associées à des dépressions circulaires dans le sol. Dans leur livre, ils citent la réaction de serpentinisation comme source possible de cet hydrogène qui émerge du sol.

Je ne faisais qu'eclaircir un point qui n'etait pas forcement defini dans ta premiere phrase. Ce que cette etude a fait, c'est demontre ce qui etait attendu, que l'origine des exhalations d'hydrogene continentales n'est pas exotique.
Les sources d'hydrogene russes (& Prinzhofer) avaient ete evoquee dans cette discussion et comme on peut le voir, certaines suggestions etaient pour le moins "exotique"

Ce n'est pas le calcium mais le magnésium contenu dans les péridotites qui provoque la réaction de serpentinisation au contact de l'eau. La forte teneur en magnésium des péridotites rend l'eau en contact suffisamment basique pour provoquer l'oxydation du Fe2+ par l'eau.

Ce n'est pas moi qui parle du calcium, mais bien toi qui le presente comme necessaire aux reactions de serpentinisation pour obtenir un pH basique

Les diagrammes de Pourbaix...

et donc... ?

j'ai personellement un probleme avec l'application des diagrammes de Pourbaix en geosciences car ils ne font qu'effleurer la surface de la complexite d'un systeme naturel, et utilise une variable (Eh) qui n'a que peu d'applicabilite dans les reactions lithiques. Personellement, je les trouve a peu pres inutiles sans deux ou trois variables supplementaires comme fO₂ pour les systemes oxydes ou fS₂ pour les systemes sulfures, la pression et la temperature.

Neanmoins, ce que tu expliques avec le fer est de la geochimie elementaire et P, T, pH n'ont pas de role fondamental a jouer. Il faut juste avoir des conditions moyennement reductrices pour produire de l'hydrogene gazeux (trop reductrice et le methane va pointer le bout de son nez).

La teneur en silice des basaltes (49%) n'est guère supérieure à celle des péridotites (42%)

.

C'est fondamentalement different en geochimie des roches mafiques.
Les basaltes s.l. ont une teneur comprise entre 45 et 55 wt.% SiO₂. De maniere stricte, entre 45 et 52 wt.% SiO₂ (cf. TAS diagram). La plupart (tholeiite) sont aux alentours de 50-51 wt.% et seul les basaltes alcalins descendent vers des teneurs en silice plus bases (exception faite des picrites). Plus de 90% des basaltes sont donc plutot du cote riche en silice.
Maintenant, c'est en % poids. en % molaire, c'est beaucoup plus puisque le Mg/(Mg+Fe) (molaire) dans les peridotites est de 0.9 alors qu'un basalte va de 0,7 a 0,4. Sachant que le fer est plus de 2x plus lourd que le Mg, c'est considerablement plus de silice disponible dans le systeme.
C'est fondamentalement different d'une peridotite puisqu'un liquide basaltique n'est donc plus forcement sature en olivine (alors qu'une peridotite, c'est >60 vol% d'olivine). Toute reaction de serpentinisation va donc laisser un residu de silice non negligeable, voir ne pas produire de serpentine du tout.

L'hydroxyde de calcium injecté dans le puits sert à exposer le basalte à un pH basique. Les ions hydroxyde ne sont pas consommés par la réaction de serpentinisation. Il me semble que la quantité de gaz carbonique libéré pour la production de Ca(OH)2 devrait rester minime en regard du volume d'hydrogène produit.

yaka....

Peut etre devrais-tu te demander pourquoi la tres grande majorite des peridotites exposees sont serpentinisees (bien frequemment totalement remplacees en serpentinite) alors que les basaltes sont moins alteres, et lorsqu'ils le sont, il s'agit d'un assemble 'schiste vert' typique d' amphibole+epidote+sericite+oxy des

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Daumic]

Bonjour,

Ce n'est pas moi qui parle du calcium, mais bien toi qui le presente comme necessaire aux reactions de serpentinisation pour obtenir un pH basique

J'évoque le calcium comme agent de serpentinisation car Malvoisin, dans sa thèse, montre la possibilité de générer de l'hydrogène à partir de laitiers sidérurgiques. C'est la forte teneur en calcium de ces laitiers qui rend la serpentinisation possible.

j'ai personellement un probleme avec l'application des diagrammes de Pourbaix en geosciences car ils ne font qu'effleurer la surface de la complexite d'un systeme naturel, et utilise une variable (Eh) qui n'a que peu d'applicabilite dans les reactions lithiques. Personellement, je les trouve a peu pres inutiles sans deux ou trois variables supplementaires comme fO₂ pour les systemes oxydes ou fS₂ pour les systemes sulfures, la pression et la temperature.

La réaction de serpentinisation ne peut avoir lieu qu'en milieu réducteur. Si de l'oxygène libre est présent, la réduction de l'eau par le Fe+2 ne peut pas se faire. D'autre part, si du soufre ou du carbone sont présents, l'hydrogène produit par la serpentinisation générera H2S ou CH4.

Neanmoins, ce que tu expliques avec le fer est de la geochimie elementaire et P, T, pH n'ont pas de role fondamental a jouer. Il faut juste avoir des conditions moyennement reductrices pour produire de l'hydrogene gazeux (trop reductrice et le methane va pointer le bout de son nez).

Je crois qu'au contraire la pression, la température et le pH jouent un rôle essentiel dans la réaction de serpentinisation. En appliquant une pression, une température et un pH bien précis, Malvoisin a reproduit la réaction de serpentinisation avec des laitiers sidérurgiques.

Peut etre devrais-tu te demander pourquoi la tres grande majorite des peridotites exposees sont serpentinisees (bien frequemment totalement remplacees en serpentinite) alors que les basaltes sont moins alteres, et lorsqu'ils le sont, il s'agit d'un assemble 'schiste vert' typique d' amphibole+epidote+sericite+oxy des

Si la très grande majorité des péridotites exposées sont serpentinisées, c'est que la réaction a eu lieu. Si les basaltes sont moins altérés, c'est que la réaction de serpentinisation les touche moins. Selon moi, il manque un paramètre en milieu naturel, un pH élevé, pour que les basaltes subissent la réaction de serpentinisation. Je propose d'apporter artificiellement ce pH élevé pour serpentiniser les basaltes et produire ainsi de l'hydrogène.

[Tawahi-Kiwi]

J'évoque le calcium comme agent de serpentinisation car Malvoisin, dans sa thèse, montre la possibilité de générer de l'hydrogène à partir de laitiers sidérurgiques. C'est la forte teneur en calcium de ces laitiers qui rend la serpentinisation possible.

Dans les laitiers certainement, mais j'ai du mal a voir une application economique de ce type pour ce materiau principalement inerte.
Mais il y a quelques differences fondamentales a nouveau entre des laitiers et un basalte, a la limite, plus qu'entre une peridotite et un laitier.

La réaction de serpentinisation ne peut avoir lieu qu'en milieu réducteur. Si de l'oxygène libre est présent, la réduction de l'eau par le Fe+2 ne peut pas se faire. D'autre part, si du soufre ou du carbone sont présents, l'hydrogène produit par la serpentinisation générera H2S ou CH4.

Des roches comme les peridotites et le basalte ont rarement des fO₂ suffisament elevee pour ne pas permettre ces conditions d'etres presentes. L'etat du carbone et du soufre dependent de pas mal d'autres parametres. Si le carbone est sous forme de graphite, je ne serais pas etonne qu'il soit quasi-inerte lors de la formation d'antigorite.

Dans un basalte, qui a souvent son lot de carbonates hydrothermaux, c'est tout different.

Je crois qu'au contraire la pression, la température et le pH jouent un rôle essentiel dans la réaction de serpentinisation. En appliquant une pression, une température et un pH bien précis, Malvoisin a reproduit la réaction de serpentinisation avec des laitiers sidérurgiques.

Je ne mentionnais ces variables que dans le contexte de l'oxydation du fer.

Selon moi, il manque un paramètre en milieu naturel, un pH élevé, pour que les basaltes subissent la réaction de serpentinisation. Je propose d'apporter artificiellement ce pH élevé pour serpentiniser les basaltes et produire ainsi de l'hydrogène.

On nage donc dans la theorie personelle, puisque tu n'as pas demontre que le pH fortement basique est necessaire a la serpentinisation d'un basalte, a l'exclusion de tout autre type d'alteration massive (ouralitisation, saussuritisation, sericitisation, chloritisation...). Vu ce que je connais des roches qui sont normalement serpentinisees (peridotites et pyroxenites), je sais que dans le cas des pyroxenites (qui sont sensiblement plus proches des basaltes que les peridotites ou les laitiers), la reaction produisant de l'hydrogene est moins effective, et le produit est antigorite + talc (pour une orthopyroxenite), +tremolite (pour une websterite), je garde de gros doute que la reaction que tu suggeres soit possible pour un basalte, quelque soit les conditions (autres que pour des picrites, komatiites et autres basaltes tres mafiques).

T-K

[Daumic]

Bonjour,

Dans les laitiers certainement, mais j'ai du mal a voir une application economique de ce type pour ce materiau principalement inerte.

La serpentinisation des laitiers sidérurgiques est toujours étudiée par Camille Crouzet au sein du projet HYMAG’IN (http://www.linksium.fr/projet/hymagin/). Cette étude se fait dans un but économique bien précis : obtenir des nanoparticules de magnétite et de l'hydrogène de grande pureté.

On nage donc dans la theorie personelle, puisque tu n'as pas demontre que le pH fortement basique est necessaire a la serpentinisation d'un basalte, a l'exclusion de tout autre type d'alteration massive (ouralitisation, saussuritisation, sericitisation, chloritisation...). Vu ce que je connais des roches qui sont normalement serpentinisees (peridotites et pyroxenites), je sais que dans le cas des pyroxenites (qui sont sensiblement plus proches des basaltes que les peridotites ou les laitiers), la reaction produisant de l'hydrogene est moins effective, et le produit est antigorite + talc (pour une orthopyroxenite), +tremolite (pour une websterite), je garde de gros doute que la reaction que tu suggeres soit possible pour un basalte, quelque soit les conditions (autres que pour des picrites, komatiites et autres basaltes tres mafiques).

Il me semble que le diagramme de Pourbaix du fer et de ses oxydes montre qu'un pH basique est nécessaire pour obtenir l'oxydation du Fe2+ par l'eau. C'est un pH basique qui permet l'oxydation du Fe2+ des péridotites et des laitiers sidérurgiques. Mais vous avez raison, le doute est permis étant donné la complexité des basaltes. Le mieux serait peut-être de faire un essai réel.

[Daumic]

Quant à la quantité d’hydrogène éventuellement récupérable par oxydation du Fe2+ contenu dans les basaltes, on peut faire des comparaisons avec l’exploitation du gaz de schiste actuellement en cours aux Etats-Unis. Le site (1) apporte des éléments de calcul. La liste suivante a été établie avec les données fournies par ce site. Les concentrations estimées de méthane dans plusieurs dépôts de roche-mère aux Etats-Unis sont exprimées sur le site en scf/ton (standard cubic feet/ton) :
- CH4 dans Barnett : 325 scf/ton,
- CH4 dans Ohio : 80 scf/ton,
- CH4 dans Antrim : 70 scf/ton,
- CH4 dans New Albany : 60 scf/ton,
- CH4 dans Lewis : 30 scf/ton.

J’ai converti l’unité de ces données en kg/tonne :
- CH4 dans Barnett : 6.5 kg/tonne,
- CH4 dans Ohio : 1.6 kg/tonne,
- CH4 dans Antrim : 1.4 kg/tonne,
- CH4 dans New Albany : 1.2 kg/tonne,
- CH4 dans Lewis : 0.6 kg/tonne.

L’exploitation de ce type de gisement par fracturation hydraulique a provoqué depuis plusieurs années une baisse du prix du gaz aux Etats-Unis. La plus grande partie de ce gaz est utilisée pour produire de l’électricité. La propriété essentielle du gaz pour cette production est sa chaleur de combustion.

L’oxydation de FeO par l’eau produit de la magnétite selon la réaction :

3 FeO + H2O > Fe3O4 + H2

Il faut 216 g de FeO pour produire 2 g de H2. La teneur moyenne des basaltes en FeO est de 7 %. Une tonne de basalte contient donc 70 kg de FeO. L’oxydation de ce Fe2+ par l’eau peut libérer (70.2/216) kg/tonne de H2, soit 0.6 kg/tonne de basalte.

Cette valeur se situe dans la partie basse de la fourchette de concentration des gaz de schiste donnée plus haut :
- CH4 présent dans Barnett : 6.5 kg/tonne,
- CH4 présent dans Ohio : 1.6 kg/tonne,
- CH4 présent dans Antrim : 1.4 kg/tonne,
- CH4 présent dans New Albany : 1.2 kg/tonne,
- CH4 présent dans Lewis : 0.6 kg/tonne,
- H2 éventuellement produit dans le basalte : 0.6 kg/tonne.

Mais plusieurs données permettent de relativiser cette faible valeur : la chaleur de combustion et l’adsorption. A masse égale, la chaleur de combustion de l’hydrogène est plus de deux fois supérieure à celle du méthane :
- chaleur de combustion de CH4 en MJ/kg : 50.01,
- chaleur de combustion de H2 en MJ/kg : 120.5.

La liste suivante présente les concentrations de méthane et la production possible d’hydrogène déjà exprimées en MJ/tonne :
- CH4 présent dans Barnett : 328.5 MJ/tonne,
- CH4 présent dans Ohio : 80.9 MJ/tonne,
- CH4 présent dans Antrim : 70.8 MJ/tonne,
- CH4 présent dans New Albany : 60.7 MJ/tonne,
- CH4 présent dans Lewis : 30.3 MJ/tonne,
- H2 éventuellement produit dans le basalte : 78.1 MJ/tonne.

Exprimées de cette manière, les données sont plus favorables à l’hydrogène basaltique. Si la fracturation hydraulique du basalte a les mêmes performances que la fracturation des roches-mères, l’hydrogène pourrait remplacer le gaz naturel pour la production électrique.

D’autre part, comme l’indique le site (1), une partie du méthane présent dans les gisements de roche-mère est sous forme adsorbée, ce qui le rend difficile à extraire :
- gaz adsorbé dans Barnett : 20 %,
- gaz adsorbé dans Ohio : 50 %,
- gaz adsorbé dans Antrim : 70 %,
- gaz adsorbé dans New Albany : 50 %,
- gaz adsorbé dans Lewis : 70 %.

Du fait de sa légèreté, la molécule d’hydrogène est beaucoup moins sujette à ce phénomène d’adsorption. La plus grande partie de l’hydrogène produit devrait être récupérable.


(1) https://spec2000.net/17-specshgas.htm

[invite73192618]

Au risque de poser une question stupide, est-ce qu'il y a quelque chose qui t'empêche de mettre un petit morceau de basalt au four pour vérifier si tu peux effectivement produire de l'hydrogène en y faisant circuler de l'eau de chaux?

[Tawahi-Kiwi]

L’oxydation de FeO par l’eau produit de la magnétite selon la réaction :

3 FeO + H2O > Fe3O4 + H2

Il faut 216 g de FeO pour produire 2 g de H2. La teneur moyenne des basaltes en FeO est de 7 %. Une tonne de basalte contient donc 70 kg de FeO. L’oxydation de ce Fe2+ par l’eau peut libérer (70.2/216) kg/tonne de H2, soit 0.6 kg/tonne de basalte.

Au risque de me repeter (pour la troisieme fois), la majeure partie du fer present dans un basalte s'oxyde sous une serie de silicates hydrates (amphiboles, epidotes, chlorites, zeolites, micas,...), et l'hydrogene ne va nulle part et sert a la production de groupements hydroxyles. Et la petite partie qui s'oxyde sous forme de magnetite, tend petrologiquement a etre associe a des phyllosilicates comme la biotite ou la chlorite, donc je suppose que l'eau ne va egalement pas tres loin.

...et j'ai beaucoup de mal a voir quel catalyseur magique pourrait empecher la formation de tout ces silicates...

Entre l'alteration des peridotites, qui peut etre simplifie de
olivine+clinopyroxene+orthopyr oxene+spinelle+H₂O => antigorite+brucite+talc+tremol ite+clinochlore+magnetite+H₂O
assez facilement en:
Forsterite-Fe+Mg-pyroxene+H₂O => antigorite+brucite+magnetite+H₂O

et l'alteration d'un basalte:
clinopyroxene+plagioclase±matr ice±olivine±orthopyroxene±oxyd es Fe-Ti±hornblende±sanidine±titanit e±ilmenite+H₂O => amphiboles+chlorites+epidotes+ argiles+micas+zeolites+serpent ines+talc+pyrophyllite+magneti te+...
qui au mieux, peut etre simplifie en:
clinopyroxene+plagioclase+matr ice+H₂O => amphiboles+ chlorites + epidotes + argiles + micas

il y a de la marge pour arriver a produire une reaction plausible.

la reaction que tu suggeres: wustite + H₂O => magnetite + H₂ est tellement simplifie que cela n'a pas vraiment d'applicabilite a une roche mafique naturelle sans son lot d'explications serieuses.

T-K

[Tawahi-Kiwi]

La serpentinisation des laitiers sidérurgiques est toujours étudiée par Camille Crouzet au sein du projet HYMAG’IN (http://www.linksium.fr/projet/hymagin/). Cette étude se fait dans un but économique bien précis : obtenir des nanoparticules de magnétite et de l'hydrogène de grande pureté.

Avec une application bien precise, cela est en effet different; le volume produit n'etant alors pas forcement gigantesque.

T-K

[Daumic]

Bonjour Jiav,

Au risque de poser une question stupide, est-ce qu'il y a quelque chose qui t'empêche de mettre un petit morceau de basalt au four pour vérifier si tu peux effectivement produire de l'hydrogène en y faisant circuler de l'eau de chaux?

Pour tester la possibilité de la production d'hydrogène à partir de basalte, il faudrait réaliser une expérience similaire à celle de Benjamin Malvoisin sur les laitiers sidérurgiques. Cette expérience consisterait à exposer du basalte réduit en poudre à du lait de chaux dans un réacteur à une température supérieure à 150°C et une forte pression pendant plusieurs heures puis à analyser l'atmosphère du réacteur après refroidissement.

[invite73192618]

Au risque de poser une question stupide, est-ce qu'il y a quelque chose qui t'empêche d'exposer du basalte réduit en poudre à du lait de chaux dans un réacteur à une température supérieure à 150°C et une forte pression pendant plusieurs heures puis à analyser l'atmosphère du réacteur après refroidissement?

[Daumic]

Bonjour,

Au risque de me repeter (pour la troisieme fois), la majeure partie du fer present dans un basalte s'oxyde sous une serie de silicates hydrates (amphiboles, epidotes, chlorites, zeolites, micas,...), et l'hydrogene ne va nulle part et sert a la production de groupements hydroxyles. Et la petite partie qui s'oxyde sous forme de magnetite, tend petrologiquement a etre associe a des phyllosilicates comme la biotite ou la chlorite, donc je suppose que l'eau ne va egalement pas tres loin.

...et j'ai beaucoup de mal a voir quel catalyseur magique pourrait empecher la formation de tout ces silicates...

Entre l'alteration des peridotites, qui peut etre simplifie de
olivine+clinopyroxene+orthopyr oxene+spinelle+H₂O => antigorite+brucite+talc+tremol ite+clinochlore+magnetite+H₂O
assez facilement en:
Forsterite-Fe+Mg-pyroxene+H₂O => antigorite+brucite+magnetite+H₂O

et l'alteration d'un basalte:
clinopyroxene+plagioclase±matr ice±olivine±orthopyroxene±oxyd es Fe-Ti±hornblende±sanidine±titanit e±ilmenite+H₂O => amphiboles+chlorites+epidotes+ argiles+micas+zeolites+serpent ines+talc+pyrophyllite+magneti te+...
qui au mieux, peut etre simplifie en:
clinopyroxene+plagioclase+matr ice+H₂O => amphiboles+ chlorites + epidotes + argiles + micas

il y a de la marge pour arriver a produire une reaction plausible.

la reaction que tu suggeres: wustite + H₂O => magnetite + H₂ est tellement simplifie que cela n'a pas vraiment d'applicabilite a une roche mafique naturelle sans son lot d'explications serieuses.

T-K

Les réactions que vous citez pour la serpentinisation de la péridotite ne me semblent pas exactes. Les réactions citées dans la thèse de Benjamin Malvoisin sont les suivantes :

olivine + eau -> serpentine + brucite + magnétite + hydrogène

orthopyroxène + eau -> serpentine + magnétite + silice + hydrogène

Le détail de ces deux réactions se trouvent aux pages 9 et 10 de la thèse (https://tel.archives-ouvertes.fr/fil..._archivage.pdf)

[Daumic]

Bonjour,

Au risque de poser une question stupide, est-ce qu'il y a quelque chose qui t'empêche d'exposer du basalte réduit en poudre à du lait de chaux dans un réacteur à une température supérieure à 150°C et une forte pression pendant plusieurs heures puis à analyser l'atmosphère du réacteur après refroidissement?

Oui, il y a quelque chose qui m'empêche de faire moi-même cette expérience. Je ne dispose pas de réacteur ni de détecteur d'hydrogène.

[Tawahi-Kiwi]

Les réactions que vous citez pour la serpentinisation de la péridotite ne me semblent pas exactes. Les réactions citées dans la thèse de Benjamin Malvoisin sont les suivantes livine + eau -> serpentine + brucite + magnétite + hydrogène

Deduis-tu que pour des reactants comme la forsterite ou l'antigorite, ce n'est pas exact!....

Maintenant, si tu t'imagines que les deux reactions de serpentinisation que tu as lu dans cette these sont les deux seules qui existent, tu te trompes assez lourdement. Plusieurs dizaines de reactions de serpentinisation sont publiées, produisant un certain nombre de mineraux du groupe de la serpentine (qui sont au nombres d'une petite vingtaine d'especes, plus quelques varietes) suivant les conditions.
Un nombre relativement réduit de ces réactions produits de l'hydrogene.

Je ne faisais qu'idéaliser rapidement la chose. Les deux réactions que tu donnes ne changent rien au but de mon message precedent; tu simplifies a outrance l'alteration d'un basalte, a un tel point que cela ne veut rien dire petrologiquement.

T-K

[Daumic]

Bonjour,

Maintenant, si tu t'imagines que les deux reactions de serpentinisation que tu as lu dans cette these sont les deux seules qui existent, tu te trompes assez lourdement. Plusieurs dizaines de reactions de serpentinisation sont publiées, produisant un certain nombre de mineraux du groupe de la serpentine (qui sont au nombres d'une petite vingtaine d'especes, plus quelques varietes) suivant les conditions.
Un nombre relativement réduit de ces réactions produits de l'hydrogene.

Le sujet de la thèse de Benjamin Malvoisin et de la discussion "Produire de l'hydrogène avec du basalte ?" porte sur la production d'hydrogène à partir du fer ferreux contenu dans les roches ignées. Les réactions de serpentinisation qui ne produisent pas d'hydrogène sont hors sujet pour cette discussion.

Je ne faisais qu'idéaliser rapidement la chose. Les deux réactions que tu donnes ne changent rien au but de mon message precedent; tu simplifies a outrance l'alteration d'un basalte, a un tel point que cela ne veut rien dire petrologiquement.

Les réactions d'altération du basalte dont vous parlez se produisent en milieu naturel, c'est-à-dire au contact de l'eau à pH neutre et en présence d'oxygène. La réaction que j'imagine avec le basalte se fait au contact de l'eau à pH basique et en absence d'oxygène. Ces conditions ne se rencontrent pas pour le basalte en milieu naturel.

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Ma remarque du message #10 n'est la uniquement que pour montrer que tu simplifies a outrance un systeme complexe.

Les réactions d'altération du basalte dont vous parlez se produisent en milieu naturel, c'est-à-dire au contact de l'eau à pH neutre et en présence d'oxygène. La réaction que j'imagine avec le basalte se fait au contact de l'eau à pH basique et en absence d'oxygène. Ces conditions ne se rencontrent pas pour le basalte en milieu naturel.

Bon, j'en ai assez; c'est de la theorie personelle qui ne repose sur rien d'autres que de vagues simplifications chimiques et analogies bancales. C'est pas forcement impossible, mais il n'y a rien dans cette discussion qui amene une preuve que tout cela est meme possible (c'est donc sans considerer une application pratique quelconque).

Cordialement,

T-K

[Daumic]

Bonjour,

Salut,
Bon, j'en ai assez; c'est de la theorie personelle qui ne repose sur rien d'autres que de vagues simplifications chimiques et analogies bancales. C'est pas forcement impossible, mais il n'y a rien dans cette discussion qui amene une preuve que tout cela est meme possible (c'est donc sans considerer une application pratique quelconque).

C'est effectivement une théorie personnelle mais je ne crois pas qu'elle repose sur des simplifications ou des analogies. Dans sa thèse, Benjamin Malvoisin étudie les conditions physico-chimiques qui conduisent à la formation d'hydrogène lors des réactions de serpentinisation. Ensuite il applique les conditions trouvées à un laitier sidérurgique et il obtient un dégagement d'hydrogène. J'ai imaginé que les mêmes conditions physico-chimiques appliquées au basalte pouvaient conduire à un dégagement d'hydrogène. Je ne crois que l'on puisse qualifier ce raisonnement de simplification ou d'analogie.

Il y a des quantités considérables de basalte à la surface de la Terre. Produire de l'hydrogène à partir de ces roches serait une application pratique.

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Ce n'est pas en repetant ad nauseam "la these de Benjamin Malvoisin a montré que cela marche pour les laitiers, donc pour le basalte, j'imagine que ca marche", que cela rend la chose plus probable.

Comme je l'ai fait remarqué bien plus haut; il y a beaucoup plus de similitudes entre un laitier et une peridotite (dans le cadre de la serpentinisation), qu'entre ces deux roches et un basalte.

T-K

[JPL]

C'est effectivement une théorie personnelle

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En conséquence discussion fermée.