Hydrogène : défis et nouvelles perspectives​​​​​​​

Une source d’énergie qui ne rejetterait aucun gaz à effet de serre. Qui offrirait aux voitures une autonomie de plus de 700 km et qui pourrait faire voler des avions. Ce sont les promesses, difficiles à ignorer, de l’hydrogène. La filière hydrogène se structure et gagne du terrain, offrant de nouvelles perspectives à ce vecteur d’énergie. Explications.

Publié le 15 février 2023

Connu depuis longtemps pour ses usages industriels – par exemple pour produire des engrais ou désulfurer le pétrole –, c’est désormais le potentiel énergétique de l’hydrogène qui suscite le plus d’intérêt. Car la combustion de ce gaz émet, à poids égal, 2,5 fois plus d’énergie que l’essence. Une combustion qui, en outre, ne rejette que de l’eau. De quoi de faire de l’hydrogène l’énergie verte par excellence ? C’est sans compter les processus actuels de production de ce gaz qui sont aujourd’hui loin de tous répondre aux critères de durabilité.

La promesse de l’hydrogène est celle d’une source d’énergie aux usages multiples : injection dans le réseau de gaz naturel, solution de stockage de l’énergie renouvelable mais aussi – et surtout – des piles à combustible capables d’alimenter des véhicules électriques (voitures, chariots élévateurs, bus…), de petits appareils électriques ou encore de fournir de l’électricité dans des lieux isolés.

Si, comme le souligne Daniel Hissel, Professeur à l’université de Franche-Comté et directeur adjoint de la fédération nationale de recherche CNRS sur l’hydrogène FRH2, les projets liés à l’hydrogène se multiplient ces dernières années, c’est grâce à une convergence de phénomènes. « D’un point de vue technologique, les performances ont été démultipliées, les coûts réduits, et les durées de vie augmentées. Il y a quinze ans, les piles à hydrogène étaient 30 fois plus chères, 50 fois moins puissantes pour un volume donné et affichaient une durée de vie cinquante fois plus courte. »

Des progrès technologiques qui ont été accompagnés en parallèle d’un nouveau paradigme sociétal autour de l’environnement. « La prise de conscience sociétale et environnementale oblige à chercher des solutions pour décarboner nos mobilités, et l’hydrogène en fait partie. Enfin, les politiques se sont emparés de ces sujets et ont réalisé que le secteur permet de répondre aux défis industriels, économiques, environnementaux, mais aussi relocaliser les productions. »

Pour faire une place à l’hydrogène dans le mix énergétique de demain, États et acteurs industriels et de la recherche investissent. En septembre 2020, la France a annoncé un plan de 7,2 milliards d’euros afin de devenir un des grands acteurs mondiaux de l’hydrogène d’ici à 2030. Elle est loin d’être la seule, et la première. D’autres pays ont depuis plusieurs années, décidé de miser massivement sur le potentiel de ce vecteur d’énergie : de nouveaux pôles de compétences se dessinent alors.

C’est le cas, par exemple, de la Chine qui s’est fixée d’ambitieux objectifs en matière de promotion des véhicules à hydrogène. Le pays prévoit d’en mettre plus d’un million en circulation d’ici 2028. « Les principales problématiques pour la Chine sont la mobilité, avec l’explosion du nombre de véhicules, et l’hyper-pollution des mégalopoles. Pour des véhicules lourds comme des camions, l’électrique à batterie n’est pas envisageable. L’hydrogène est alors LA solution », analyse Daniel Hissel.

Au Japon, autre pays moteur en matière d’hydrogène, cette source d’énergie est une réponse au désengagement du nucléaire : « Le Japon est le pays où il y a le plus de piles à combustible installées chez des particuliers, et en usage pour la cogénération électrique et thermique. »

L’Europe mise elle aussi sur l’hydrogène pour se décarboner, portée par les initiatives de la France, de l’Allemagne, de la Norvège ou encore du Portugal. Daniel Hissel se réjouit : « 2020 a été l’année de l’hydrogène en Europe, grâce à des engagements clairs et concrets aussi bien au niveau national que communautaire. C’est un signal fort à destination des industriels et de la recherche. Désormais, tous les groupes industriels s’intéressent au potentiel de ce vecteur d’énergie. »

Progrès technologiques, prise de conscience environnementale, volonté des acteurs privés comme publics… tout semble en place pour permettre à l’hydrogène de faire ses preuves en tant qu’énergie durable et responsable. Pourtant, certains défis restent à relever pour lui permettre de se développer, dont celui de son stockage mais aussi et surtout de sa production.

Car si l’hydrogène représente à lui-seul près de 90 % de la masse totale de l’univers, il est presque inexistant à l’état moléculaire sur Terre. Il doit être extrait d’autres composés, généralement d’hydrocarbures. « Aujourd’hui, la production d’hydrogène n’est ni verte ni propre : 95 % vient de ressources fossiles », rappelle Daniel Hissel. « En revanche, les programmes français et européens visent une production à partir d’énergies renouvelables ou de sources décarbonées, pour obtenir de l’hydrogène qualifié de vert ou de bleu ».

Une des solutions est celle de l’amélioration des rendements de l’électrolyse (extraction de l’hydrogène à partir d’eau), grâce à l’électrolyse haute température. De quoi faire baisser les prix de production de l’hydrogène décarboné.

L’autre levier pour soutenir l’hydrogène est la mise en place d’un véritable écosystème impliquant les États, les collectivités territoriales, la recherche et les industriels. C’est ce que rappelle Daniel Hissel : « Il existe en France tout un tissu très développé de PME, de startups mais aussi de laboratoires de recherche autour de l’hydrogène. D’eux viennent l’innovation, les idées de rupture. Les grands groupes industriels apportent quant à eux leurs capacités de financement et d’action. » Un tissu similaire est observable en Allemagne et dans les pays du Nord de l’Europe. L’Allemagne, qui a annoncé en juin 2020 un investissement de 9 milliards d’euros pour devenir le numéro un mondial de l’hydrogène^1/2, mise ainsi sur son potentiel comme alternative au nucléaire mais aussi comme moyen de stockage des énergies renouvelables.

La formation a quant à elle un rôle essentiel à jouer, pour répondre à la création de dizaines de milliers d’emplois, directs et indirects – estimés entre 58 000 et 107 000 d’ici à 2030. Daniel Hissel insiste sur ce point : « Pour que la filière hydrogène se développe, il faudra des ouvriers, des techniciens, des ingénieurs formés. L’offre de formation doit être présente non seulement sur tout le territoire mais aussi à tous les niveaux (doctorat, mais aussi licence, master, formations professionnelles et professionnalisantes, formation continue…). »

« La part de l’hydrogène dans le mix énergétique va naturellement être amené à progresser, poursuit Daniel Hissel. Cette progression va être indexée sur le prix de mise à disposition d’un hydrogène et en particulier d’un hydrogène décarboné. De par la démultiplication des applications, le prix va avoir tendance à baisser dans le contexte d’une industrialisation massive. » De quoi permettre à l’hydrogène de contribuer à la transition énergétique.