Vaux-en-Bugey (Ain, France): the first gas field produced in France, providing learning lessons for natural hydrogen in the sub-surface?

Vaux-en-Bugey (Ain, France) : le premier gisement de gaz exploité en France, source d’enseignement sur l’hydrogène naturel dans le sous-sol ?

¹ JFDc, 6, rue de l’Essai, 75005 Paris, France
² 97, rue Galliéni, 92500 Rueil-Malmaison, France

^* Corresponding author: jfderonzier777@gmail.com

Received: 21 November 2018
Accepted: 31 January 2020

Abstract

The former Vaux-en-Bugey field, first French methane production from early 20th century, is revisited as a case study to address the present generation and accumulation theories for gases like hydrogen and helium. The volume of the initial gas in place is estimated to be 22 million m³. Based on a composition of 5% of hydrogen and 0.096% of helium, the volumes of these gases in the field were respectively around 1.1 million m³ for hydrogen and 24 000 m³ for helium. The different hypotheses of hydrogen sources are reviewed: serpentinization, hydro-oxidation of siderite, water radiolysis, bio-fermentation, mechanical generation, degassing from depth trough faults, steel corrosion. For helium generation, the different sources of radioactive minerals and intermediate accumulations are examined. The most probable scenario is the hydrogen production by water radiolysis and helium production by radioactive decay in or near the basement, migrating trough deep faults, stored and concentrating in an aquifer with thermogenic methane, then flushed by methane into the gas field, during Jura thrusting. New measurements with portable gas detector, incomplete but including hydrogen, on a former exploration well with accessible flux of gas, give the opportunity to comment gas saturation evolution more than a century after the 1906 discovery. The decreasing of hydrogen content since the discovery of the field is probably due to Sulphate-Reducing Bacteria activity.

Résumé

L’ancien gisement méthane de Vaux-en-Bugey, première exploitation française du début du XX^e siècle, est revisité comme cas d’étude pour confronter les théories actuelles de génération et accumulation de gaz tels que l’hydrogène et l’hélium, présents dans le gisement. Les roches mères de ces composés sont discutées ainsi que des hypothèses de mise en place et rétention. Le volume initial du gisement est estimé à 22 millions de m³. Sur la base d’une composition de 5 % d’hydrogène et 0,096 % d’hélium, les quantités accumulées dans le gisement pour ces deux gaz sont respectivement 1,1 millions de m³ pour l’hydrogène et 24 000 m³ pour l’hélium. Les différentes hypothèses de sources de l’hydrogène sont revues : serpentinisation, hydro-oxydation de la sidérite, radiolyse de l’eau, bio-fermentation, génération par effet mécanique, dégazage de source profonde via des failles, corrosion de l’acier. Pour la génération d’hélium, les différentes sources de minéraux radioactifs et les accumulations intermédiaires sont également examinées. L’hypothèse la plus probable est la génération de l’hydrogène par radiolyse de l’eau et de l’hélium par radioactivité dans ou proche du socle, migrant par des failles profondes, s’accumulant et se concentrant dans un aquifère avec du méthane thermogénique puis entraînés avec le méthane dans le gisement lors du chevauchement du Jura. De nouvelles mesures gaz sur détecteur portable, partielles mais comprenant l’hydrogène, sur un des anciens puits forés présentant un flux gaz accessible, permet de commenter une évolution du composé gazeux plus de cent ans après la date de découverte en 1906. La diminution de la teneur en hydrogène depuis la découverte du gisement est probablement due à l’activité de bactéries sulfato-réductrices.