L’hydrogène est l’élément chimique le plus abondant de l’univers.
Extrêmement léger, il est notamment l’un des composants de l’eau sur Terre sous la forme de dihydrogène.
Son nom date du XVIIIème siècle et lui a été donné par le chimiste Antoine Lavoisier, hydro signifiant eau et
gène, engendrer.
Il porte le nom de Coradia iLint.
Le train à hydrogène, construit par Alstom, a commencé à transporter des voyageurs en Allemagne en septembre 2018.
Une première mondiale qui a attiré à nouveau tous les regards vers ce gaz, présenté comme l’énergie du futur.
Plébiscité par les défenseurs de l’environnement et par de nombreux grands groupes, l’hydrogène est devenu un enjeu majeur en matière de lutte contre la pollution.
En juin 2018, Nicolas Hulot, alors ministre de la Transition écologique, avait d’ailleurs présenté un plan de soutien à la filière qui ambitionne de faire de la France un «leader mondial de cette technologie».
Les grands groupes se montrent très impliqués. D’Engie à Total en passant par Air Liquide, Alstom, BMW ou General Motor, tous promettent d’investir dans cette source d’énergie devenue «vecteur incontournable de la transition énergétique», selon Benoît Potier, PDG d’Air Liquide et co-président de l’Hydrogen Council.
Qu’est-ce que l’hydrogène?
L’hydrogène est l’élément chimique le plus abondant de l’univers.
Il s’agit d’un corps simple, gazeux, qui entre notamment dans la composition de l’eau.
Chaque molécule d’eau est le fruit de la combinaison entre 1 atome d’oxygène et 2 atomes d’hydrogène.
On trouve aussi de l’hydrogène dans les hydrocarbures (pétrole et gaz) qui sont issus de la combinaison d’atomes de carbone et d’hydrogène», explique l’IFP énergie nouvelle (IFPEN), sur son site.
L’hydrogène n’est pas une source d’énergie directe mais plutôt un vecteur énergétique.
Dans les transports il est par exemple utilisé dans une pile à combustible pour générer de l’énergie
.Comment le fabrique-t-on?
L’hydrogène n’existe pas à l’état pur.
Pour le produire, il faut utiliser des procédés chimiques pour séparer l’hydrogène des éléments auxquels il est associé.
Il faut pour cela une source d’hydrogène et une source d’énergie.
L’hydrogène peut ainsi être fabriqué par «vaporeformage de gaz naturel, électrolyse de l’eau, gazéification et pyrolyse de labiomasse, décomposition thermochimique ou photochimique de l’eau, production biologique à partir d’algues ou de bactéries», énumère l’Ademe, dans dans une note
Quels sont les avantages de l’hydrogène?
Comme le précise l’IFPEN, «la molécule d’hydrogène, composée de deux atomes d’hydrogène, est particulièrement énergétique: 1 kg d’hydrogène libère environ trois fois plus d’énergie qu’1 kg d’essence».
De plus, l’hydrogène, lorsqu’il est produit à partir de ressources renouvelables, est considéré comme non polluant.
«Les rejets d’un véhicule à hydrogène sont composés uniquement d’eau.
Il n’y a aucune émission de particule nocive ou de Co²», affirme Erwin Penfornis, directeur du marché hydrogène chez Air Liquide.
Autre avantage selon le spécialiste:
«Avec l’hydrogène, il y a plus d’autonomie et c’est plus rapide à recharger.
Il faut compter un temps de recharge d’environ 3 minutes dans une station de remplissage».
L’hydrogène est aussi considéré comme un moyen durable de stocker de l’énergie.
«On peut stocker les surplus d’énergies renouvelables pour pouvoir les réutiliser plus tard, ce qui n’est pas possible avec l’électricité.
C’est un enjeu énorme permettant d’intégrer plus de renouvelable dans la consommation énergétique», assure Erwin Penfornis.
«Des pays comme le Japon ont compris qu’ils allaient avoir besoin de ce vecteur énergétique qui peut être produit ailleurs, stocké et transporté par navire, camion ou par pipeline.
C’est pour cela que le Japon est le pays le plus avancé dans ce secteur de l’hydrogène», explique-t-on chez Air Liquide.
Le groupe a d’ailleurs annoncé l’an dernier la création d’une société commune avec 10 entreprises japonaises pour accélérer le développement du réseau de stations de recharge d’hydrogène dans l’archipel.
Objectif: construire un réseau de 320 stations d’ici 2025, et 900 d’ici 2030
Quel est le potentiel économique et écologique de cette technologie?
Pour le moment, la consommation mondiale d’hydrogène reste encore faible: environ 56 millions de tonnes, soit moins de 2% de la consommation mondiale d’énergie.
Mais d’après une étude réalisée par le Hydrogen Council avec McKinsey, l’hydrogène pourrait représenter près d’un cinquième de l’énergie totale consommée à l’horizon 2050.
«Cela permettrait de contribuer à hauteur de 20% à la diminution requise pour limiter le réchauffement climatique à 2°C», explique l’Hydrogen Council, qui considère que l’hydrogène pourrait alimenter 10 à 15 millions de voitures et 500.000 camions d’ici à 2030.
Selon cette étude, la demande annuelle d’hydrogène pourrait globalement être multipliée par dix d’ici à 2050 et représenter 18% de la demande énergétique finale totale dans le scénario des 2°C.
À cet horizon, l’hydrogène pourrait générer un chiffre d’affaires de 2500 milliardsde dollars et créer plus de 30 millions d’emplois.
Comment l’hydrogène est-il utilisé aujourd’hui?
«Cette molécule est utilisée depuis longtemps dans l’industrie comme matière première.
Air Liquide par exemple en fournit depuis 50 ans à des secteurs comme le raffinage, la chimie ou le domaine spatial.
L’hydrogène est notamment le carburant de lancement de la fusée Ariane depuis des décennies», explique Erwin Penfornis.
Mais son utilisation est très large. «L’hydrogène a la capacité d’alimenter tous les usages énergétiques comme le transport ou le chauffage», ajoute le spécialiste.
C’est surtout dans les transports que son usage évolue. «
L’hydrogène, stocké dans des réservoirs, est transformé en électricité grâce à une pile à combustible», explique-t-on chez Air Liquide.
Toyota et Hyundai commercialisent ainsi des véhicules utilisant ce procédé, la Mirai pour le premier, et les modèles ix35 et Nexo pour le second.
Honda ou encore Daimler sont aussi sur le coup.
À Paris, les taxis Hype, développés par la start-up STEP, roulent déjà à l’hydrogène.
L’entreprise, soutenue par Air Liquide, Toyota, ADP ou encore Idex, compte aujourd’hui 100 véhicules et vise les 600 d’ici fin 2020.
Ces taxis, reconnaissables à leur couleur bleu ciel et leurs nuages, profitent des trois stations de recharge installées par Air Liquide à Orly, Roissy et près du pont de l’Alma.
Mais le département pionnier en la matière reste celui de la Manche qui, en janvier 2015, a inauguré la première station publique d’hydrogène pour voitures de France.
La collectivité possède aujourd’hui une flotte de 17 véhicules à hydrogène.
Une station a également ouvert à Rouen.
Elle alimente une dizaine de véhicules appartenant aux collectivités ou entreprises locales.
La région Normandie projette d’investir 15 millions d’euros dans le développement de moteurs à hydrogène propres.
La ville de Pau, en partenariat avec Engie et le fabricant de bus Van Hool, va quant à elle faire rouler huit bus à hydrogène d’ici septembre 2019.
Saint-Lô fait rouler depuis 2017 les premiers vélos électriques à hydrogène de France, conçus par Pragma Industries, une PME de Biarritz.
Des scooters à hydrogène sont également proposés par la société suisse spécialisée dans les technologies vertes pour le transport.
Ces scooters sont équipés d’une cartouche remplie d’hydrogène.
L’utilisation de l’hydrogène aujourd’hui
L’hydrogène est aujourd’hui principalement utilisé dans la production d’ammoniac, de méthanol, de carburant et pour la raffinerie des produits pétroliers.
Sa consommation mondiale s’élève à 56,6 millions de tonnes par an, représentant moins de 2% de la consommation mondiale d’énergie.
Sous sa forme gazeuse, il prend beaucoup de place, c’est pourquoi il est généralement transporté par des réseaux de pipelines sous une forme comprimée.
Ce réseau s’étend sur 2 500 km dans le monde.
L’hydrogène n’existe pas sous sa forme naturelle sur Terre mais peut être extrait de plusieurs éléments comme le gaz naturel, le pétrole ou l’eau, par combustion.
L’avenir de l’hydrogène
La production d’hydrogène à partir des énergies fossiles représente environ 95%de la production mondiale.
Cette méthode a pour inconvénient de créer du dioxyde de carbone, qui est l’un des gaz à effet de serre les plus importants.
Il est en revanche possible de fabriquer de l’hydrogène sans émettre de gaz à effet de serre en le produisant grâce à des sources renouvelables (électrolyse de l’eau).
Cependant cette méthode, propre pour l’environnement, reste très onéreuse.
Les recherches portent aujourd’hui sur un stockage souterrain du CO2 émis par la production d’hydrogène à base d’énergies fossiles, cette méthode étant la plus économique, et sur une meilleure maîtrise des coûts de production d’hydrogène extrait grâce à des sources renouvelables.
L’hydrogène est capable de produire trois fois plus d’énergie que l’essence et est considéré par certains comme le carburant du futur notamment par son utilisation dans les piles à combustible.
Il serait alors une source énergétique et électrique propre pour l’environnement et utilisable aussi bien dans le domaine des transports que dans le stockage d’énergie ou la fabrication d’électricité.
Un bateau à hydrogène, 100% autonome en énergie et baptisé Energy Observer, a aussi été mis à l’eau en avril 2017.
Fabriqué à Saint-Malo et imaginé par les navigateurs Victorien Erussard et Jérôme Delafosse, il est présenté comme «le premier navire au monde, capable de produire son propre hydrogène à bord».
Il a entamé son tour du monde pour six ans à l’été 2017.
Le secteur aérien n’est pas en reste.
Dès 2008, Boeing annonçait avoir fait voler un avion propulsé par une pile à hydrogène, assurant qu’il s’agissait d’une «première dans l’histoire de l’aviation».
Depuis, plusieurs projets ont vu le jour.
L’un des plus récents est porté par l’Onera, le centre français de recherche aérospatial.
En 2016, au Bourget, ce dernier avait présenté Ampere, un avion futuriste qui sera alimenté en électricité par dix piles à hydrogène.
Quels sont les obstacles au développement de l’hydrogène?
Le processus de production de l’hydrogène pose pour l’instant problème puisqu’il est à la fois polluant et coûteux.
À ce jour, 96% de l’hydrogène est produit à partir d’énergie fossile (pétrole, gaz naturel et charbon) car cette méthode est la plus rentable.
«Les technologies sont prêtes pour être mises sur le marché mais il faut passer à des échelles de production importantes pour réduire les coûts», explique Erwin Penfornis .
«On ne voit aucun frein pour arriver à un niveau de coût acceptable.
Mais pour l’instant, il n’y a pas d’incitation financière pour développer des méthodes de production décarbonées», regrette le spécialiste.
«Le déploiement d’une filière hydrogène nécessite des investissements relativement lourds, tant pour la production, la distribution que le stockage de l’hydrogène: ceux-ci supposent un engagement d’acteurs industriels et une maîtrise du risque économique par le soutien des pouvoirs publics», confirme l’Ademe.
Le Hydrogen Council chiffre ces besoins d’investissements entre 20 et 25 milliards de dollars par an, soit environ 280 milliards de dollars d’ici à 2030.
À titre de comparaison, les pays investissent 650 milliards de dollars par an dans le pétrole et le gaz, rappelle-t-il.
