Anna Wallentin, Jesica Murray, Damien Lemarchand, Laurent Truche, et al. « Helium exploration in European rift systems: Regional framework and new data from the Upper Rhine Graben ». Journal of Geochemical Exploration 289 (octobre 2026): 108125. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2026.108125
Échantillonnage de la Römerquelle à Badenweiler.
Anna Wallentin
La bascule de l’hydrogène à l’hélium
Votre thèse ne portait pas, au départ, sur l’hélium. Comment en êtes-vous arrivée là ?
Au départ, je travaillais surtout sur l’hydrogène, avec toute une partie expérimentale sur l’hydrogène dans les granites et un volet terrain pour voir si on peut témoigner de ce gaz en surface. C’est en menant ce travail de terrain qu’on a vu apparaître l’hélium un peu partout. On a alors cherché à mieux comprendre ce système.
Pourquoi l’hélium, pourquoi maintenant
Comment produit-on l’hélium aujourd’hui, et pourquoi chercher à le faire autrement ?
L’hélium est extrait dans les mêmes gisements que le gaz naturel, où il s’accumule dans les mêmes réservoirs. Sa source, elle, est toujours la même : la désintégration radioactive de l’uranium et du thorium présents dans les granites, qui libère des particules alpha — autrement dit de l’hélium. Aujourd’hui, on l’exploite comme un coproduit du gaz, simplement parce que c’est là qu’il se concentre. Mais il existe d’autres systèmes, sans hydrocarbures, qu’on appelle « azote-hélium » (N₂–He). Le grand exemple, c’est le bassin du Rukwa, en Tanzanie : le potentiel du système a été identifié par la recherche ces dernières années, et plus récemment, en 2024, une entreprise y a obtenu par forage un puit délivrant en surface de façon continue, un gaz autour de 5% d’hélium. Pendant longtemps, le gaz naturel suffisait, donc on se posait moins la question. Aujourd’hui, l’enjeu européen change la donne : l’Europe ne produit presque pas d’hélium et en importe donc la quasi-totalité. L’hélium figure d’ailleurs sur la liste des matières premières critiques de l’Union européenne.
Carte de l'Europe indiquant les concentrations en He dans le gaz libre issu de fluides thermiques (bulles ou dégazés).
Anna Wallentin
Compiler pour voir où chercher
Votre article propose une carte européenne de l’hélium. Que montre-t-elle, et comment l’avez-vous construite ?
L’idée était de rassembler sur une même base toutes les données hélium dans les gaz libres des eaux thermales et géothermales déjà publiées, pour obtenir une image globale de l’Europe. Jusqu’ici, ces résultats étaient dispersés, parfois dans des publications des années 1970-1980 où l’hélium n’était même pas l’objectif premier. En les réunissant, malgré des méthodes très différentes, des recoupements nets apparaissent : là où les concentrations d’hélium sont élevées, on retrouve à la fois le socle varisque — donc du granite, la source —, des provinces géothermiques (une anomalie de température) et la proximité de systèmes de rift. Ça donne une ligne directrice sur les zones à explorer en priorité. C’est avant tout un travail de compilation, car la plupart de ces points n’avaient pas été acquis pour l’hélium. On a voulu créer une plateforme commune, une première base sur laquelle les équipes locales peuvent s’appuyer.
Échantillonnage de Chaudefontaine à Vecoux.
Anna Wallentin
Le Fossé rhénan, laboratoire naturel
Pourquoi avoir choisi le Fossé rhénan comme terrain d’étude ?
Parce qu’il réunit tous les ingrédients et qu’il est exceptionnellement bien documenté : énormément de données, de la sismique, des décennies de recherche. C’était l’endroit idéal pour comprendre les conditions générales, les éléments qui font qu’on a plus ou moins d’hélium. Et ce n’est qu’un système de rift parmi d’autres : on retrouve des contextes très similaires tout le long du rift ouest-européen. Ce qu’on y apprend pourra sans doute s’étendre au reste de ce système et à d’autres rifts en Europe et dans le monde.
Comment avez-vous choisi et trouvé vos 25 sites de mesure ?
C’était un mélange. Il y avait des résurgences naturelles — là, c’était simple, on y allait directement — et, surtout, des installations thermales, donc des sites privés pour lesquels il fallait des autorisations. On disposait d’une liste de toutes les installations et résurgences qu’on pouvait trouver, et c’est en fonction des autorisations obtenues que la carte s’est dessinée. Les gens ont été très ouverts, et on prélevait sur place avec les techniciens. Beaucoup de mesures ont été faites côté allemand, en Forêt-Noire, où les installations thermales sont nombreuses : on a pris le Fossé rhénan comme un tout, indépendamment de la frontière. J’ai d’ailleurs eu de très bons conseils d’Ingrid Stober (Université de Fribourg), qui a beaucoup travaillé sur ces sources et m’a orientée vers les bons points d’échantillonnage côté allemand. Quant aux résurgences, elles étaient déjà cartographiées, notamment grâce aux cartes du BRGM : c’est un territoire bien connu, et ce qui est cartographié représente sans doute déjà l’essentiel de ce qu’il y a à trouver.
Concentration d'Hélium dans les eaux thermales dans la région du Fossé rhénan.
Anna Wallentin
Votre carte montre un net gradient nord-sud. Comment l’expliquer ?
Sur le terrain, le contraste est net : au nord, les gaz sont presque uniquement de l'azote, avec de bonnes concentrations d'hélium, jusqu'à 2,4 % à Ohlsbach ; au sud, l'hélium diminue et le CO₂ prend une part croissante. On a croisé nos mesures de gaz avec plusieurs autres jeux de données, structurales, thermiques, isotopiques, pour comprendre ce contraste, et un schéma cohérent se dégage. Au nord, les failles fonctionnent comme des conduits efficaces : l'hélium remonte bien. C'est particulièrement net le long des grandes failles bordières du fossé et des failles transverses varisques héritées, comme à Vittel ou Bad Liebenzell. Au sud, le signal est plus faible, et plusieurs facteurs se combinent. D'abord la croûte elle-même : elle s'amincit vers le sud, jusqu'à environ 24 km, avec un socle granitique moins volumineux et donc un stock d'uranium-thorium plus faible. Ensuite la température : il faut atteindre entre 180 et 300°C pour libérer l'hélium piégé dans les minéraux du granite, et cette température n'est peut-être pas toujours atteinte au sud, ce qui peut limiter la mobilisation primaire. Enfin, les isotopes de l'hélium montrent une contribution mantellique au sud. Ce fluide mantellique vient se mélanger au fluide crustal : il dilue l'hélium produit dans la croûte et ajoute du CO₂ mantellique. Les zones les plus prometteuses sont donc celles riches en azote, dominées par le fluide crustal, sans cette contribution du manteau.
Débits d'hélium dans les eaux thermales du Fossé rhénan, calculés en multipliant la concentration en hélium dissous par le débit de la source.
Anna Wallentin
Du flux à la ressource
Quel est le grand défi qui s’ouvre maintenant ?
Identifier les pièges capables de concentrer ces flux faibles mais continus. La couverture sédimentaire du Fossé rhénan est déjà bien caractérisée, donc on part avec une bonne base.Le vrai problème, c’est de savoir ce qu’il faut pour retenir l’hélium. Pour l’instant, on raisonne un peu comme pour l’hydrogène : des couches de sel ou des argiles épaisses peuvent servir de couverture. Il existe déjà des réservoirs à gaz dans le fossé, plutôt au nord, vers Rastatt — les grès du Keuper et de l'Oligocène, avec les argiles du Dogger comme couverture. Pour de futures cibles hélium, on pense aussi à d'autres réservoirs possibles comme le grès du Buntsandstein ou le socle fracturé, sous une couverture argileuse du Keuper. Plusieurs combinaisons réservoir-couverture pourraient fonctionner ; est-ce suffisant ? Je n’en sais rien encore. Et il faut que tout concorde au bon endroit : le sel, par exemple, est au sud, donc ce ne sera pas lui. Pour repérer ces structures, l’outil de référence reste la sismique 3D, mais elle coûte très cher. Une chose à ne pas oublier est que ce qu’on a cartographié, ce sont des fuites, pas des accumulations. C’est une carte des fuites, pas une carte de réserves.
Comment passe-t-on alors de ces fuites à une ressource exploitable ?
On suit le chemin à rebours. La source est connue, c’est le granite. Pour que l’hélium en sorte, il faut une anomalie thermique suffisante pour atteindre la température de fermeture des minéraux : c’est la mobilisation primaire. Vient ensuite la migration, portée notamment par la circulation de l’eau dans le fossé par les failles. Ces trois éléments, on les a. Ce qui décidera de la viabilité, c’est la suite : à quelle vitesse l’hélium arrive dans un réservoir, la qualité de ce réservoir et sa capacité à le retenir assez longtemps pour qu’il s’accumule. Concrètement, là où ça fuit beaucoup, ce n’est pas le bon endroit pour chercher : il faut aller dans le prolongement de ces structures fertiles, là où rien ne sort en surface. Côté économie, les seuils de rentabilité varient selon les pays, mais ils sont définis pour des champs de gaz géants où l’énorme volume compense une faible teneur. Ce qui compte donc le plus, ce n’est pas tant la teneur que le volume accumulé : une teneur modeste dans une poche immense vaut souvent mieux qu’une forte teneur dans un petit volume. D’où l’intérêt de la piste de la cogénération : sur un site géothermique déjà exploité, on pourrait éventuellement envisager d’extraire l’hélium en parallèle de la chaleur, comme on commence à le faire pour le lithium.
Comment se positionne la recherche par rapport aux industriels qui explorent déjà ?
Des entreprises disposent de permis d’exploration et d’un pilote en France. La différence, c’est qu’elles passent à l’opérationnel : elles forent là où elles pensent qu’il y a un réservoir, en s’appuyant en partie sur la science que nous publions et sur leurs propres campagnes, notamment de sismique. C’est le schéma observé au Rukwa : d’abord la recherche sur les eaux thermales, puis des acteurs privés qui forent et prennent le risque. Les deux mondes sont nécessaires — les industriels financent et assument le risque opérationnel.
Et après
Quelle suite après la thèse ?
Ce n'est pas encore décidé, mais l'enjeu est très actuel : l'Europe aura besoin de comprendre son sous-sol pour ces ressources critiques. J'espère y contribuer encore, sur l'hydrogène ou sur l'hélium.