Les enregistrements de noyau de glace de l'hydrogène atmosphérique révèlent une énorme augmentation de la concentration depuis la révolution industrielle qui a contribué au réchauffement climatique – et pourrait influencer le débat sur l'hydrogène comme carburant
L'hydrogène peut indirectement réchauffer l'atmosphère
Les niveaux d'hydrogène dans l'atmosphère ont sauté de 60% depuis que les temps préindustriels, soulignant l'impact dramatique, la combustion des combustibles fossiles a eu sur la composition atmosphérique de la planète. Bien que l'hydrogène ne soit pas un gaz à effet de serre, il a un effet de réchauffement indirect par des réactions avec d'autres molécules.
Les résultats proviennent du tout premier enregistrement à long terme de l'hydrogène atmosphérique, compilé à l'aide de données à partir de noyaux de glace extraits au Groenland en 2024. « Le record de core Ice est incroyable », explique Alex Archibald à l'Université de Cambridge.
L'hydrogène est une petite molécule légère qui s'échappe facilement dans l'atmosphère. Cela signifie que l'hydrogène a généralement divulgué des noyaux de glace avant que les échantillons ne reviennent aux laboratoires – qui sont souvent à des milliers de kilomètres – ce qui rend très difficile la compilation d'une série chronologique à long terme de ses niveaux atmosphériques.
Pour surmonter ce problème, John Patterson à l'Université de Californie, Irvine et ses collègues ont pris leur équipement de laboratoire sur le terrain, analysant les cœurs de glace immédiatement après l'extraction. «Nous avons pris des instruments sur la glace, et dès que nous avons foré nos échantillons, nous travaillions pour les nettoyer et les faire sceller dans nos chambres de fusion afin que nous puissions faire notre analyse juste là sur la glace», dit-il.
L'équipe a donc pu constituer un record à long terme d'hydrogène atmosphérique remontant à 1100 ans. Il marque une énorme avancée sur les plus longues séries chronologiques les plus longues d'environ 100 ans, ce qui dépendait des enregistrements d'observation et de l'analyse des chutes de neige. «Il est vraiment impressionnant d'un point de vue logistique, pour faire sortir ces mesures», explique David Stevenson à l'Université d'Édimbourg, au Royaume-Uni.
Les concentrations d'hydrogène sont passées d'environ 280 parties par milliard au début du 19e siècle à environ 530 parties par milliard aujourd'hui, a constaté l'équipe. Selon Patterson, cela n'est pas surprenant, étant donné l'augmentation abrupte de la combustion de combustibles fossiles depuis l'ère préindustrielle. L'hydrogène est libéré sous forme de sous-produit lorsque les combustibles fossiles ou la biomasse sont brûlés.
Patterson et ses collègues ont combiné les informations des enregistrements de Clearit Ice avec la modélisation pour essayer de construire une image des raisons pour lesquelles les niveaux d'hydrogène ont fluctué au cours du dernier millénaire. «Nos données nous donnent comment l'atmosphère a changé, mais elle ne nous dit pas pourquoi l'atmosphère a changé», explique Patterson. « Nous essayons donc d'utiliser ces modèles biogéochimiques pour explorer pourquoi cela pourrait avoir changé. »
Les noyaux de glace peuvent révéler des niveaux d'hydrogène historiques dans l'atmosphère
Par exemple, les enregistrements de noyau de glace révèlent des niveaux d'hydrogène dans l'atmosphère baissée de 16% pendant la petite période glaciaire, une période de températures plus basses entre les XVIe et 19e siècles. Une réduction des émissions de feux de forêt pendant cette période n'explique pas pleinement cette forte baisse des concentrations d'hydrogène, dit Patterson. «Cela nous dit que la biogéochimie naturelle de l'hydrogène change avec le climat d'une manière que nous ne comprenons pas vraiment, (et) nous ne nous attendions pas vraiment», dit-il. Cela pourrait avoir des implications inquiétantes pour l'avenir, suggérant que les niveaux d'hydrogène dans l'atmosphère pourraient être beaucoup plus sensibles aux changements climatiques que la première pensée, prévient Patterson.
Dans l'atmosphère, l'hydrogène rivalise avec le méthane pour réagir avec les radicaux hydroxyles, les molécules cruciales pour éliminer les molécules de méthane réchauffant la planète de l'atmosphère. « Plus il y a d'hydrogène dans l'atmosphère, moins il y a de l'hydroxyle à réagir avec le méthane », explique Patterson, prolongeant l'effet de réchauffement du méthane dans l'atmosphère. « En ce moment, il y a environ la moitié d'une partie par million d'hydrogène dans l'atmosphère. Sur la base de nos meilleures estimations, qui fournit quelque chose comme 2% de l'effet total de réchauffement anthropique. »
Une meilleure compréhension du cycle de l'hydrogène est cruciale pour juger si l'adoption de masse du carburant d'hydrogène à l'avenir dans le cadre d'un éloignement des combustibles fossiles pourrait apporter des conséquences inattendues. Une forte augmentation des concentrations de l'hydrogène atmosphérique pourrait, par exemple, amplifier l'effet de réchauffement du méthane. Les émissions de méthane augmentent régulièrement depuis 2007 en raison de la production de combustibles fossiles, de l'agriculture et des températures de réchauffement déclenchant sa libération des zones humides et du pergélisol.
«Le méthane est la grande raison pour laquelle nous hésitons à emprunter la voie de l'économie de l'hydrogène, car en fin de compte, nous divulguerons un peu d'hydrogène dans l'atmosphère», explique Archibald. «Si nous divulguons de l'hydrogène dans l'atmosphère, nous exacerberons la crise du méthane.»
Cela pourrait être un argument pour utiliser de l'hydrogène avec parcimonie où la puissance renouvelable ne peut pas remplacer l'utilisation des combustibles fossiles, suggère Archibald. Mais Patterson stressait les effets du réchauffement d'une utilisation accrue de l'hydrogène sont encore probablement minimes par rapport à l'énorme effet de réchauffement des combustibles fossiles. «Je ne veux pas effrayer les gens loin de l'énergie de l'hydrogène, car c'est tellement mieux que l'alternative», explique Patterson.
