L’hydrogène et la transition énergétique

Publié par Encyclopédie Énergie, le 25 juillet 2019 5k

Identifié au 18^e siècle, l’hydrogène est aujourd’hui à un tournant de son histoire : l’année 2019 en est la charnière. En termes de transition énergétique et de transition écologique, l’hydrogène vient enfin de s’installer au cœur du débat public. L’impérieuse nécessité de prendre à bras le corps le grave problème de la dégradation de notre environnement devient un impératif dont nous ne pouvons pas laisser la résolution à nos descendants. Il apparait aujourd’hui un large consensus sur le besoin de limiter le changement climatique à un niveau tolérable qui, malheureusement, ne pourra réparer les irréversibilités déjà constatées, de la disparition de nombreuses espèces animales à la montée du niveau des océans (20 cm déjà depuis 1850) qui chasse progressivement les habitants des côtes de nombreux pays.

L’un des principaux responsables (si ce n’est le premier) de cette situation est l’exploitation intensive des réserves de combustibles fossiles (82% de la production mondiale d’énergie) que la nature a mis des centaines de millions d’années à constituer. Leur utilisation a provoqué des émissions trop élevées de gaz carbonique dont le niveau moyen a dépassé 415ppm en 2019, à comparer aux 280 ppm mesurés au début de l’ère industrielle ! Cette évolution a conduit à une augmentation de la température moyenne de l’air en surface du sol sur le globe voisine de 0,8°C depuis le début de l’ère industrielle, ce qui peut paraitre faible mais a déjà provoqué les conséquences spectaculaires rappelées plus haut.

Or les réserves mondiales correspondent à moins d’un siècle de consommation au rythme actuel : cela signifie clairement que, même sans contrainte environnementale, il devient impératif de modifier significativement, avant la fin du siècle, le schéma actuel de notre système de production d’énergie, en ne s’appuyant que sur les seules sources inépuisables à l’échelle de la vie de notre Terre, à savoir les renouvelables, dont les combustibles pour la fusion contrôlée (deutérium et tritium) font partie, selon certains … mais cela reste à prouver !

La situation actuelle impose donc d’aller rapidement vers une solution viable sans attendre les premières conséquences d’une raréfaction inéluctable des combustibles fossiles. Quelle que soit la forme de renouvelable qui sera retenue (photovoltaïque, éolien, marémotrice, géothermique, voire fusion), l’énergie est essentiellement produite sous forme d’électricité dont il faudra développer la mise en œuvre. Compte tenu de la nature de ce vecteur d’énergie les connaissances actuelles ne laissent comme seules solutions que :

son utilisation directe, autant que possible,
son stockage dans des batteries pour des quantités d’énergie limitées sur des temps assez courts,
sa transformation partielle, via l’électrolyse de l’eau avec un rendement pouvant dépasser 80% pour les grosses unités, en hydrogène qui peut être soit stocké, soit distribué, mélangé dans un premier temps avec du gaz naturel (hythane),
sa reconversion décalée en énergie électrique via la pile à combustible, pour la mobilité, en particulier.

En conséquence de cette analyse, une mise en œuvre de l’hydrogène parait incontournable ; ce constat fait aujourd’hui l’objet d‘une quasi unanimité, à en juger par les récentes initiatives, engagements et décisions dont on peut rappeler les plus significatives qu'elles soient,

nationales telles que le plan hydrogène de N. Hulot de 100 M€ en juin 2018,
européennes sous la forme des financements successifs du Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH-Ju),
internationales avec la mise en place de l' Hydrogen Council à Davos en 2019, qui comprend plus de 60 membres ou le rapport IEA « The Future of Hydrogen » publié en juin 2019 qui expose les grands plans mis en place par la Chine, la Corée du Sud ou le Japon pour les plus significatifs.

La fabrication de l’hydrogène est effectuée grâce à des électrolyseurs dont la puissance augmente régulièrement : Air Liquide annonce la construction d’un électrolyseur de type Proton Exchange Membrane (PEM) de 20 MW et des projets sont lancés pour des puissances supérieures qui permettraient d’atteindre un coût de production dans la fourchette 3 – 5 €/kg. La distribution de cet hydrogène est déjà mise en œuvre par plus de 400 stations-service dans le monde, selon le site allemand TÜV SÜD, avec un coût actuel à la pompe dans la fourchette 8 – 10€/kg.

Les applications de l’hydrogène dans la mobilité se multiplient rapidement : plus de 12 000 véhicules à hydrogène circulent actuellement sur les routes, grâce essentiellement aux Mirai de Toyota et aux véhicules Hyundai (ix35 puis Nexo) dont une centaine d’exemplaires équipent la compagnie de taxis Hype à Paris.

De nombreux pays accueillent en 2019 des bus à pile à combustible. La Chine vient de commander 1 000 camions à pile à combustible. L’Allemagne fait circuler deux trains à pile à combustible depuis 2018 et la SNCF doit formaliser une commande quelques TER d’un modèle comparable, chez Alstom, avant la fin de 2019.

En parallèle, une réglementation complète se met en place au niveau mondial pour assurer la sûreté de la mise en œuvre de l’hydrogène dans tous les domaines, aussi bien aéronautiques (drones à hydrogène, assistance aux avions au sol) que terrestres (des deux-roues aux camions), marins (de nombreux projets déjà réalisés de bateaux de toutes tailles utilisant une pile à combustible) ou sous-marins (plusieurs sous-marins militaires de 1 700 T, équipés de piles à combustible à hydrogène leur permettant des temps d’immersion très supérieurs à ceux des sous-marins classiques, sont utilisés par la marine allemande depuis 2004).

La France est très active dans le domaine de l’hydrogène et des piles à combustible : la quasi-totalité des acteurs de ce domaine (140 à la mi-2019), aussi bien publics (CEA, CNRS, collectivités territoriales en particulier) que privés, collaborent au sein de l’Association Française pour l’Hydrogène et les Piles à Combustible (AFHYPAC)[1] qui les représentent vis-à-vis des Pouvoirs Publics (Ministères et Ademe). Chaque année, l’AFHYPAC réunit ses membres dans une région différente à l’occasion des « Journées Hydrogène dans les Territoires » et les informe périodiquement via la Newsletter mensuelle HyNOVATIONS et une lettre hebdomadaire. Par ailleurs plusieurs pôles de compétitivité (Tenerrdis, Pôle Véhicule du Futur, Capenergie) et de nombreuses associations régionales traitent de l’hydrogène dans leurs projets.

En conclusion, le développement des énergies renouvelables et leur utilisation partielle via l’hydrogène, est la seule solution raisonnable dans l’avenir, pour les 4 milliards d’années qui restent à vivre pour notre Terre.

Notes et références

[1] www.afhypac.org en accès libre. Un ensemble de 70 fiches détaillées y sont accessibles via la rubrique « Tout savoir sur … »

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