Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Ce mémoire s’inscrit dans le contexte de la transition énergétique et de l’intérêt croissant pour l’hydrogène naturel (H₂) comme source d’énergie à faible empreinte carbone. La région du Saguenay–Lac-Saint-Jean (SLSJ), située au coeur de la province géologique de Grenville, présente plusieurs caractéristiques favorables à la génération et à la migration de l’hydrogène naturel, notamment la présence de roches riches en éléments radiogéniques, de réseaux de fractures profonds et d’eaux souterraines à forte teneur en matières dissoutes totales. Malgré ce potentiel, la présence d’hydrogène dans les aquifères peu profonds de la région demeure peu documentée, en grande partie en raison des défis méthodologiques liés à l’échantillonnage et à la mesure de gaz faiblement concentrés dans les systèmes aquifères.

L’objectif principal de cette recherche était donc de développer une méthodologie permettant la détection et le suivi de l’hydrogène naturel et des gaz associés dans des puits d’eau souterraine existants. Six puits aménagés dans le socle rocheux fracturé du SLSJ ont été étudiés à l’aide de deux approches complémentaires : une méthode in situ reposant sur l’installation d’un système étanche de tête de puits favorisant l’accumulation des gaz libres, et une méthode ex situ basée sur le dégazage contrôlé d’échantillons d’eau souterraine en laboratoire. L’H₂ ainsi que plusieurs gaz associés (CH₄, CO₂, O₂ et N₂) ont été mesurés à l’aide d’un détecteur portatif multi-gaz, tandis qu’un échantillonnage à différentes profondeurs a permis d’évaluer la variabilité verticale des concentrations gazeuses. Les deux méthodes combinées permettent 1) un diagnostic rapide de l’existence d’émission d’hydrogène, 2) de valider si les variations temporelles des gaz dans le puits reflètent des processus réels dans l’aquifère, ou des processus microbiens qui ont lieu dans l’eau elle-même, indépendamment des flux dans l’aquifère.

Les résultats montrent que des concentrations mesurables d’hydrogène n’ont été observées que dans les puits présentant les eaux les plus minéralisées, avec des teneurs dépassant 300 ppmv à 30 m de profondeur dans un des sites étudiés. Au-delà de la détection de l’H₂, l’étude démontre que les puits d’eau souterraine constituent des infrastructures efficaces et peu coûteuses pour l’exploration préliminaire de l’hydrogène naturel. Les travaux mettent également en évidence l’importance des processus d’équilibration gaz–eau, des pertes lors de l’échantillonnage et des réactions biogéochimiques pouvant se produire à l’intérieur même des puits. Le mémoire propose ainsi un cadre méthodologique semi-quantitatif pour le suivi des gaz en aquifère et contribue à l’évaluation du potentiel hydrogénique encore largement inexploré du socle grenvillien au Québec.