DOSSIER DU MOIS

Chaque mois, Les Horizons approfondit une thématique sous forme de dossier. Il s’agit ce mois ci d’approfondir les nombreuses opportunités que semble offrir l’hydrogène renouvelable.
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L’hydrogène vert, un accélérateur pour la transition énergétique ?


La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) publiée en août 2015 fixe comme objectif le fait d’atteindre 40% d’énergies renouvelables dans la production d’électricité en France d’ici 2030. Elle impose également l’objectif de réduire la consommation des énergies fossiles de 30% et de décarboner 10% du gaz sur cette période. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le gouvernement explore différentes pistes, à commencer par la fermeture des dernières centrales à charbon sur le territoire.

Par définition, cette transition énergétique passe également par le développement des énergies renouvelables ainsi que par des changements de paradigmes dans nos modes de consommation, en combinant approvisionnement local et sobriété. Mais depuis quelques années c’est également vers la filière hydrogène que les regards se tournent partout dans le monde, comme en témoigne l’investissement massif (9 milliards d’euros) que nos voisins allemands viennent de réaliser sur cette filière.

En France, c’est en particulier grâce à Nicolas Hulot – lorsqu’il était en poste au Ministère de la Transition Écologique et Solidaire – qu’une filière se structure autour d’un hydrogène vert ou bas-carbone afin d’accélérer notre transition écologique.

L’hydrogène peut devenir l’un des piliers d’un modèle énergétique neutre en carbone. Cette molécule, qui renferme énormément d’énergie, va devenir indispensable compte-tenu de l’étendue de ses propriétés.

Nicolas Hulot, ex Ministre de la Transition Écologique et Solidaire


Pas une énergie, mais un vecteur énergétique

L’hydrogène ou dihydrogène (H2) est un gaz invisible et inodore réputé pour être l’élément chimique le plus abondant dans l’univers. Il compose notamment 74% de la masse du soleil. Sur notre planète, on le retrouve essentiellement dans la composition de l’eau.

L’hydrogène n’est cependant pas une source d’énergie mais ce qu’on appelle un “vecteur énergétique”. Il doit d’abord être produit, puis stocké, avant d’être utilisé. Son utilisation n’est pas récente. Les réacteurs des fusées Ariane, par exemple, sont équipés depuis toujours de pompes à hydrogène. L’industrie est le principal consommateur de cet élément. En France, ce sont environ 920 000 tonnes d’hydrogène qui sont consommées chaque année. Les trois marchés les plus importants concernent la désulfurisation de carburants pétroliers, la synthèse d’ammoniac, principalement pour les engrais agricoles, ainsi que la chimie.

Aujourd’hui, l’hydrogène est produit à 94% à partir d’énergies fossiles (gaz, charbon, hydrocarbures), en grande partie via une technique appelée vaporeformage du méthane. C’est ce qu’on appelle l’hydrogène gris. Cet hydrogène n’est pas un cadeau pour la planète puisqu’il est très polluant et responsable de l’émission d’environ 11,5 millions de tonnes de CO2, soit presque 3 % des émissions nationales.

Cependant, lorsque l’hydrogène est produit par électrolyse de l’eau (on utilise de l’électricité pour dissocier l’hydrogène de l’eau) via des énergies bas-carbone ou renouvelables, il devient alors un allié puissant pour la transition écologique. Il peut ainsi permettre de décarboner les transports et l’industrie, accélérer le développement des énergies renouvelables ou aider à la production de chaleur.


Quelles perspectives économiques pour l’hydrogène ?

La France est à la pointe sur cette filière, et je veux lui donner les moyens de conserver son avance au cœur d’une compétition mondiale déjà féroce car elle constitue un atout pour notre indépendance énergétique mais également un immense gisement d’emplois” annonçait Nicolas Hulot lors de l’annonce de son plan hydrogène en 2018. D’après les projections du ministère et de l’Afhypac, la filière pourrait en effet représenter 8,5 milliards d’euros de chiffre d’affaires d’ici 2030 et permettre la création de 40 000 à 60 000 emplois sur le territoire.

C’est notamment sur la conception des technologies d’électrolyse que l’industrie Française pourrait tirer son épingle du jeu. Le CEA présente d’ailleurs le portefeuille de brevets le plus important au monde dans ce domaine avec 30 brevets. D’autant que ces technologies arrivent à maturité, comme en témoigne la baisse des coûts observée ces dernières années (une division par 4 depuis 2010 pour la technologie d’électrolyse par membrane à échange de protons). Ainsi, l’hydrogène obtenu par électrolyse revient aujourd’hui aux environs de 4€/kg à 6 €/kg et pourrait atteindre 2€ à 3 €/kg d’ici 2028. Un coût qui se rapprocherait donc du coût de l’hydrogène gris (situé entre 1,5 € et 2,5€ par kilo aujourd’hui) et qui rendrait donc l’hydrogène vert plus compétitif.

Enfin, les possibilités à l’export (vente d’hydrogène vert, mais surtout d’un savoir-faire et de technologies de pointe) pourraient rapporter à la filière 6,5 milliards d’euros de chiffre d’affaires supplémentaires.

Selon l’Afhypac, à l’horizon 2050 l’hydrogène décarboné pourrait ainsi répondre à 20% de la demande d’énergie finale du pays et pourrait participer à la réduction d’environ 55 millions de tonnes de CO2 chaque année.

Les véhicules roulant à l’hydrogène possèdent une autonomie supérieure à celle des véhicules électriques batteries, mais aussi un temps de charge beaucoup plus court.


Réduire la pollution liée aux transports

Le principal avantage de l’hydrogène vert ou bas-carbone consiste à réduire la pollution émanant du transport routier, premier secteur émetteur de gaz à effet de serre et priorité majeure pour atteindre nos objectifs climatiques. La loi Mobilités prévoit de toute façon la fin des ventes de voitures au diesel et à essence en 2040. Les véhicules électriques pile à combustibles (fonctionnant grâce à l’hydrogène) viennent donc se poser en alternative aux véhicules électriques batteries.

D’après l’Afhypac, principale organisation de la filière hydrogène française, l’hydrogène pourrait ainsi alimenter pas moins de 18 % du parc des véhicules pour le transport de passagers et de fret d’ici 2050. Afin d’atteindre cet objectif, il faudrait cependant investir dans le développement des infrastructures. L’Afhypac recommande notamment l’installation à minima de 400 stations à hydrogène sur les 10 prochaines années, là où la France n’en compte qu’une vingtaine aujourd’hui.

Entre autres facteurs déterminants, l’intérêt des constructeurs automobiles sera crucial afin de concurrencer les leaders que sont Toyota et Hyundai. Renault a par exemple annoncé en octobre dernier la commercialisation à venir de deux modèles – Kangoo et Master – roulant à l’hydrogène mais les principaux fabricants ont davantage l’air de s’orienter vers les véhicules électriques batteries pour le moment.

Enfin, l’adoption des véhicules à hydrogène par les flottes commerciales et publiques est également un point essentiel. En présentant une autonomie supérieure à celle des véhicules électriques batteries, mais aussi un temps de charge beaucoup plus court, l’hydrogène se montre particulièrement intéressante pour les véhicules lourds (bus, poids lourds, véhicules utilitaires ou encore bennes à ordures). C’est d’ailleurs la raison pour laquelle plusieurs villes et régions françaises se tournent vers cette technologie, à l’image de Pau, Dijon, La Roche-sur-Yon ou encore Le Mans. Des villes qui misent sur l’hydrogène pour moderniser leurs transports en communs et flottes municipales.


Transport ferroviaire, fluvial et maritime

Mais au-delà d’une aubaine pour remplacer les véhicules thermiques et réduire la pollution atmosphérique, l’hydrogène est également l’une des pistes privilégiées par les acteurs du transports ferroviaire pour décarboner leur activité. En France, alors que 1 000 trains fonctionnent encore au diesel, La SNCF a récemment commandé une quinzaine de trains à hydrogène au constructeur Alstom afin d’imiter nos voisins allemands qui comptent 2 trains à hydrogène actifs depuis 2018 et qui souhaitent en déployer 27 dans la région de Francfort d’ici 2022.

Par ailleurs, l’hydrogène est aussi une piste étudiée sérieusement pour réduire les émissions de certains navires, en particulier les ferries qui font l’aller/retour avec nos îles ou encore les navires qui aident à la maintenance des centrales éoliennes offshore. S’il semble difficile à l’heure actuelle de faire fonctionner de gros navires avec uniquement de l’hydrogène, ce pourrait devenir une solution hybride en complément, par exemple de la propulsion vélique. En matière de transport fluvial, l’hydrogène représente également une opportunité de développement intéressante, à l’image de ce que propose la ville de Nantes avec sa navette fluviale le “Jules Verne 2”, en activité depuis Août 2019.

Enfin, s’il subsiste récemment des effets d’annonce concernant la possibilité de faire fonctionner des avions de lignes avec de l’hydrogène – ce qui semble mathématiquement réalisable – cela ne devrait pas se faire dans les prochaines années à moins d’avancées technologiques particulièrement importantes.

L’Afhypac estime que les opportunités à l’export pourraient rapporter près de 6 milliards d’euros à la filière hydrogène française d’ici 2030.


L’hydrogène pour répondre à l’intermittence des énergies renouvelables

Alors qu’il est régulièrement reproché aux énergies renouvelables de ne pas être pilotables (comprendre, on fait comment quand il n’y a pas de vent ni de soleil ?), le second avantage majeur de l’hydrogène consiste à faciliter le développement des énergies renouvelables en proposant une solution pertinente de stockage et de distribution de l’électricité. Une possibilité qui viendrait résoudre la problématique de l’intermittence mais qui facilite aussi les échanges entre différentes zones.

Ainsi, l’Allemagne qui dispose de capacités éoliennes et solaires trop faibles pour couvrir ses besoins en hydrogène vert envisage d’avoir recours aux importations pour répondre à cet enjeu. De fait, 2 milliards d’euros sur les 9 milliards de son plan hydrogène sont prévus pour la mise en place de partenariats avec certains pays. Un premier partenariat vient d’ailleurs d’être conclu avec le Maroc. Un deal “gagnant-gagant” qui vise à transférer technologies et savoir-faire en échange d’un hydrogène vert produit grâce aux éoliennes marocaines.

À terme, d’autres pays pourraient ainsi voir des opportunités commerciales poindre grâce à l’hydrogène. L’Afhypac estime d’ailleurs que les opportunités à l’export pourraient rapporter près de 6 milliards d’euros à la filière française d’ici 2030.


Production de chaleur pour les ménages et l’industrie

Enfin, un troisième secteur d’activité pourrait profiter du développement de la filière hydrogène sur le territoire, il concerne la production de chaleur pour venir en complément du gaz naturel, notamment pour le chauffage. L’hydrogène pourrait ainsi répondre à près de 12 % de la demande de chauffage et d’électricité des ménages et environ 10 % de la demande de chaleur et d’électricité de l’industrie.

L’étude de l’injection d’hydrogène dans les réseaux gaziers a d’ores et déjà commencé, avec des démonstrateurs portant sur la transformation de l’électricité en gaz, tels que le projet GRHYD mené à Dunkerque ou le projet Jupiter1000 à Fos. Ici l’hydrogène ne remplace pas le gaz naturel mais vient s’y mélanger.

Une solution intéressante mais probablement moins pertinente que les deux autres, d’autant que des possibilités existent déjà pour réduire la proportion de gaz naturel que nous utilisons. C’est notamment le cas du biométhane, un biogaz d’autant plus intéressant qu’il se base sur la valorisation de biodéchets ou d’effluents agricoles, dans une logique d’économie circulaire.

Enfin, l’hydrogène est également une ressource utile pour l’industrie, utilisé comme matière première pour les industries chimiques ou sidérurgiques, afin de produire de l’acier, des engrais ou d’autres composants industriels.

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