12 septembre 2020

On revient au début

L’hydrogène, de ses usages industriels au tournant écologique

Le gouvernement a présenté mardi un plan de 7 milliards d’euros sur 10 ans pour développer la filière française de l’hydrogène décarboné dans les secteurs industriels et notamment celui des transports. Aujourd’hui, l’hydrogène est principalement utilisé pour des usages industriels qui sont source d’émissions de gaz à effet de serre, alors que l’hydrogène décarboné, dont la production et l’utilisation n’émettent pas de CO2, pourrait permettre de réduire les émissions dans de nombreux secteurs.


Le concept

L’hydrogène est un gaz et l’élément chimique le plus abondant sur Terre. Il se trouve dans l’eau et dans les hydrocarbures (pétrole, gaz, charbon), desquels il doit être extrait pour être utilisé. La méthode la plus répandue actuellement consiste à le dissocier des hydrocarbures, ce qui libère du CO2. Une autre, appelée électrolyse de l’eau, permet d’extraire l’hydrogène de l’eau en y faisant passer un courant électrique. Si l’électricité utilisée est d’origine renouvelable (hydraulique, solaire, etc.) ou nucléaire, cette méthode n’émet pas de CO2 et l’hydrogène est dit « décarboné ». La généralisation de cette méthode, aujourd’hui plus coûteuse, aurait des répercussions écologiques majeures, car la production d’hydrogène à partir d’hydrocarbures est responsable de l’émission de 830 millions de tonnes de CO2 par an dans le monde, soit l’équivalent des émissions de CO2 du Royaume-Uni et de l’Indonésie réunis, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), une organisation regroupant 30 pays parmi les plus industrialisés du monde. L’hydrogène est principalement utilisé aujourd’hui par les industries, car il entre dans de nombreux procédés chimiques de fabrication. Il permet aussi de stocker et de restituer de l’énergie, comme le fait l’électricité.


Les dates clés

1909

En 1909, le chimiste allemand Fritz Haber découvre que l’hydrogène permet de synthétiser l’ammoniac, un composé chimique essentiel à la production d’engrais. Ce procédé chimique, appelé plus tard Haber-Bosch, déclenche l’essor de l’utilisation industrielle de l’hydrogène comme matière première. Il est employé pour la fabrication d’explosifs alors que survient la Première Guerre mondiale et participe au développement de l’agriculture avec la fabrication d’engrais. Aujourd’hui, l’hydrogène est employé dans une grande variété de secteurs, comme pour la production de verre et de composants électroniques. Il est majoritairement utilisé pour le raffinage de produits pétroliers et la production d’ammoniac. Sur les 73,9 millions de tonnes d’hydrogène utilisées en 2018 dans le monde, 69,7 l’étaient pour ces deux usages, selon l’AIE.

1970

« L’économie de l’hydrogène » est un concept créé par l’électrochimiste sud-africain John Bockris en 1970. Il décrit un monde où l’énergie proviendrait essentiellement d’énergies renouvelables par l’intermédiaire de l’hydrogène, via l’électrolyse de l’eau, et non plus des énergies fossiles. Selon la vision de Bockris, l’hydrogène serait utilisé pour le transport et le stockage des énergies renouvelables, notamment solaires, en grande quantité et à grande échelle. Il permettrait ainsi de s’affranchir du pétrole et serait suffisant pour alimenter les villes et les entreprises industrielles. « L’intérêt pour la production de l’hydrogène décarboné a commencé dans les années 1970 après le premier choc pétrolier, avec cette problématique de trouver une énergie indépendante du pétrole », dont le prix avait fortement augmenté, explique à B‌r‌i‌e‌f‌.‌m‌e Gilles Flamant, directeur de recherche au CNRS.

2014

Fin 2014, la première voiture à hydrogène décarboné destinée au grand public est commercialisée au Japon, par le constructeur Toyota. Face à la montée des risques climatiques, pouvoirs publics et constructeurs se sont intéressés à cette technologie depuis les années 1990. Le modèle de Toyota roule grâce à une pile à combustible, qui transforme l’hydrogène stocké en énergie électrique avant de l’envoyer au moteur. Elle n’émet pas de CO2, seule de la vapeur d’eau est rejetée. Plusieurs pays sont depuis présents sur ce marché, mais la demande reste faible en raison du coût élevé de ces véhicules et du nombre insuffisant de stations de recharge à hydrogène. En 2019, 7 500 voitures à hydrogène ont été vendues dans le monde, portant à 16 500 leur nombre en circulation, selon l’IFPEN, un institut de recherche. Les pouvoirs publics souhaitent promouvoir l’usage de l’hydrogène décarboné dans les transports, car ce gaz « répond à des besoins spécifiques d’autonomie et de recharge rapide de véhicules électriques lourds ou destinés à effectuer de grandes distances quotidiennes », explique à B‌r‌i‌e‌f‌.‌m‌e Daniel Hissel, professeur à l’Université de Franche-Comté.

2018

Le premier train à hydrogène au monde entre en service en septembre 2018 en Basse-Saxe, en Allemagne. Le « Coradia iLint », mis au point par la société ferroviaire française Alstom, est un train régional de voyageurs à zéro émission de CO2 qui fonctionne sur le même principe que la voiture à hydrogène, avec une pile à combustible. Alstom a prévu d’en livrer 14 à l’Allemagne en 2022. Ce pays, qui a acté l’arrêt définitif de la totalité de ses centrales nucléaires pour 2022, soutient depuis 2007 des programmes de développement de l’hydrogène. En France, les premiers bus à hydrogène décarboné sont entrés en service en septembre 2019 en Île-de-France, dans le Pas-de-Calais et à Pau. L’hydrogène prend son essor dans les transports collectifs car il s’agit de « flottes captives », c’est-à-dire que les véhicules reviennent chaque soir au même site où ils sont rechargés en hydrogène par une station unique, mais leur développement reste embryonnaire.


L’analyse

La conversion à l’hydrogène décarboné est entamée dans les transports, mais elle est plus lente dans l’industrie. « Les secteurs du raffinage, de la chimie ont pris conscience de l’intérêt d’avoir des modèles verts », affirme Daniel Hissel, mais plusieurs aspects freinent leur mutation. La production d’hydrogène décarboné par électrolyseur coûte deux à trois fois plus cher que la production à partir d’hydrocarbures, selon l’AIE. Les industriels ont également le souci d’amortir leur modèle existant car la conversion nécessite des investissements et de la formation. Gilles Flamant souligne aussi les contraintes technologiques : « Il est plus facile d’appliquer cette technologie à une petite échelle comme la voiture que de modifier tout un procédé industriel qui est beaucoup plus lourd. » Le Conseil de l’hydrogène, une organisation mondiale d’entreprises du secteur, a estimé en janvier que l’hydrogène décarboné deviendrait compétitif à partir de 2030, à condition de déployer massivement des électrolyseurs pour faire baisser leur coût.