En général lorsque l'on parle de référencement gratuit on évoque surtout l'action de soumission automatique (ou de masse) du site à référencer dans de nombreux annuaires et moteurs de recherche.
On ne peut donc pas parler de processus complet de référencement qui lui consiste aussi à travailler le contenu (balises, liens interne, texte, architecture du site, ...), faire un suivi de référencement, ...
On appelle ce type prestation « référencement payant » que vous pouvez bien sur faire vous même (mais cela demande des compétences et du temps).
Il faut donc bien distinguer les 2 termes : le référencement gratuit ou il est plutôt question d'inscription dans des outils de recherche et référencement payant dont la prestation souvent longue consiste à bien positionner le site dans les résultats des moteurs de recherche.
Ceci dit certains référenceurs donnent le nom de référencement payant à leurs offres de soumission automatique. En général la différence entre une soumission gratuite et une soumission payante est le nombre d'annuaires traités.
La méthode d'inscription la plus efficace consiste à soumettre soit même son site dans des annuaires thématiques ou généralistes que l'on aura pris soin de choisir suivant certains critères (nombre de sites dans l'annuaire, lien en retour obligatoire ou non, qualité du référencement de l'annuaire, qualité des sites acceptés, catégories, ...).
Tout cela prend du temps mais peut s'avérer efficace à terme. Toutefois il existe des logiciels permettant de faciliter les inscriptions en mémorisant les données pour les retransmettre sur la plupart des formulaires d'inscription. Cette aide à la saisie évite de ressaisir à chaque inscription les mêmes informations et donc de gagner un temps considérable.
Cette opération peut être limitée à 20 ou 30 annuaires de qualité pour avoir un bon compromis valeur ajoutée / temps passé.
Un référencement gratuit et automatique de votre site dans des centaines d'annuaires est beaucoup plus rapide à établir; c'est d'ailleurs l'avantage majeur de ce type de prestation. Cependant cela peut être apprécié de façon négative par les moteurs car votre site va obtenir un grand nombre de backlinks venant d'annuaires qui ne sont pas tous de qualité (du moins jugé tel quel par Google).
Cependant même si certains administrateurs d'annuaire accepteront votre site rapidement (voir de façon automatique) d'autres prendront plus de temps pour valider votre site car ils reçoivent quotidiennement de nombreuses demandes d'inscription de sites.
Cela aura pour conséquence d'étaler dans le temps l'augmentation de liens externes (backlinks) qui paraitra moins soudaine pour les moteurs de recherche comme Google. Le risque de pénalité est donc limité (à mon sens).
De plus les annuaires qui sont jugés mauvais par Google ne pénaliseront pas forcement votre référencement même si bien entendu ils vous donneront peu ou pas de poids supplémentaires à votre référencement.
Toutefois pour limiter les risques d'engine bombing, il est conseillé de faire varier le titre, la description et les mots clés servant à la soumission automatique. Par exemple vous pouvez faire votre inscription en 2 ou 3 fois (par exemple 50 annuaires à chaque soumission de masse) avec des données différentes.