Pour l'énergie propre, de plus en plus parient sur...l'hydrogène

La dernière fois que l'hydrogène était à la une des médias, c'était pour parler de l'essai d'une bombe H revendiqué par la Corée du Nord. Mais durant le salon Hyvolution, l'association française pour l’hydrogène et les piles à combustible (APHYPAC) présente l'hydrogène sous un tout autre jour. Il est désormais considéré comme une alternative crédible aux énergies fossiles, notamment dans les transports. Cet atome peut être utilisé comme carburant ou sous la forme d'une pile à combustion, grâce à laquelle on obtient de l'électricité et de la chaleur à partir de l'hydrogène.

Dans les transports, c'est la solution de la pile à combustion à hydrogène qui est privilégiée. L'hydrogène en tant que carburant n'est plus utilisé que dans l'aérospatial. Dans tous les cas, l'utilisation de cet atome est propre, puisqu'il ne rejette que de l'eau. Une fois les électrons soutirés des atomes d'hydrogène (ce qui permet d'obtenir de l'électricité), les reliquats s'associent avec des atomes d'oxygène, présents dans l'air, pour former de l'eau (H2O).

Une source d'énergie propice aux transports

Aujourd'hui, l'hydrogène est à la base de très nombreuses applications dans notre quotidien. Et son emploi le plus connu, c'est dans le domaine de la voiture électrique.

Pour le moment, ce sont surtout les constructeurs japonais qui animent le marché. La dernière née est la Toyota Mirai, commercialisée depuis fin 2015. Honda, Renault-Nissan, Ford et Daimler, sortiront eux-aussi une voiture à hydrogène dans les prochaines années. « Ces véhicules électriques à pile à combustible hydrogène présentent plusieurs avantages par rapport aux véhicules électriques à batterie », explique Sébastien Grellier, directeur communication chez Toyota. « Le principal est d’associer des performances environnementales élevées aux avantages d’une voiture électrique traditionnelle en termes d’autonomie électrique (500 km) et de temps de recharge car seulement trois à cinq minutes sont nécessaires pour refaire le plein d’hydrogène. »

Niveau technique aussi, les voitures à hydrogène se mettent au niveau. « Il existe même une formule1 alimentée par une pile à combustible, la Green GT, qui atteint des performances comparables à celles des F1 classiques, » illustre Jean-Patrick Teyssaire, responsable communication de l'AFHYPAC et fondateur de Planète Verte.

En France aussi ça bouge. Les industriels s'intéressent davantage au prolongateur d'autonomie des batteries, en y branchant une pile à combustible. Il est également prévu que la société française Pragma Industrie équipe la poste avec des vélos électriques, équipés d'une pile à combustible. Dix vélos seront ainsi à l'essai dans la région de Bayonne, alors qu'il est envisagé de remplacer les 18000 vélos à assistance électrique de la firme. Fin 2015, une société de taxis à hydrogène a été lancée à Paris, avec la contribution d'Air liquide, de la start-up société du taxi électrique dans Paris et de la société Hype notamment. Ces sont pour le moment centrés autour du pont de l'Alma.

Reste un problème de taille pour ce marché : la distribution de l'hydrogène. Il faudra mettre en place un réseau de recharge en hydrogène suffisant sur le territoire. Une étude réalisée par France Stratégie estime que « transporter l’hydrogène et le distribuer aux automobilistes oblige à imaginer des solutions nouvelles. Cela est techniquement possible grâce à des pipe-line, mais nécessite des précautions particulières. Le transport sur route apparaît comme une alternative, mais moins simple à mettre en œuvre qu’il n’y paraît. » La conséquence est que le prix à la pompe revient encore au double voire au triple du prix des carburants classiques.

De plus, l’acceptation sociale de l’hydrogène dépendra de la confiance du public en sa sûreté. Les dangers liés à son utilisation ont été recensés par l’INERIS : « plus que tout autre combustible, c’est un concentré d’énergie qui présente des risques de feux et d’explosion ; il a la caractéristique de fuir par les moindres fissures et, mélangé à de l’air, d’exploser très facilement et violemment. »

L'hydrogène, déjà utilisé dans le bâtiment et l'aérospatial

Dans le secteur du bâtiment, la pile à combustion donne également de belles promesses. La société Viessmann a créé une chaudière à hydrogène. Elle fonctionne avec une pile à combustion et fournit dans le même temps eau chaude, électricité et chauffage. 2016 devrait être l'année de l'entrée sur le marché de cette chaudière innovante.

Depuis 1960, l'hydrogène est énormément utilisé dans l'aérospatial. Il a trois utilisations. L'hydrogène sert dans un premier temps de carburant aux lanceurs, pour propulser les fusées. C'est le cas pour Ariane 5 par exemple. Il est également utilisé pour alimenter les véhicules spatiaux en électricité, en s'en servant pour alimenter les piles à combustible. Un procédé qui permet également de fabriquer de l'eau, ce qui permet d'hydrater les repas, et à boire. Enfin, toujours dans l'espace, on fait réagir l'hydrogène avec du gaz carbonique (CO2) pour fabriquer de l'oxygène, de l'eau et du méthane.

L'hydrogène, de plus en plus présent ?

Grâce aux piles à combustible, l'hydrogène pourrait être de plus en plus utilisé en tant que vecteur d'énergie pour les transports et pour la production d'électricité. Une révolution qui pourrait être aussi importante que celle du charbon au début de l'ère industrielle. Et si la pile à combustion a tant de succès ces dernières années, c'est parce que depuis 2010, son coût a énormément chuté. Le platine utilisé jusqu'alors est ainsi remplacé par différents procédés qui permettent de faire jusqu'à 80% d'économie sur le coût des piles à combustible.

Dans un premier temps, les piles à combustible devraient être utilisées majoritairement pour la production d'électricité et pour le stockage d'énergie, par exemple pour des smartphones, des ordinateurs portables, voire des drones.

« Il y a également un enjeu considérable pour les engins à forte puissance, notamment les tracteurs agricoles ou les engins de chantier. On ne peut pas envisager de les faire fonctionner grâce à des batteries, car leur poids serait trop élevé. Par contre, il est tout à fait envisageable d'y incorporer une pile à combustible et un gros réservoir d'hydrogène », précise Jean-Patrick Teyssaire.

L'étude publiée par France Stratégie indique également certaines applications de niche, où l'hydrogène pourrait prendre une place grandissante : « la fourniture de courant pour sites isolés, comme les antennes relais et les bases de télécommunications ; les groupes électriques de secours pour des usages critiques ou stratégiques (serveurs informatiques, hôpitaux, relais des télécommunications) ; les applications nomades : les piles de petite puissance peuvent être utilisées comme moyens d’alimentation d’objets nomades tels que les téléphones, les ordinateurs, les baladeurs, les dispositifs d’éclairage portatifs. »

Toutefois, de lourds investissements seront nécessaires, que ce soit pour sa production ou son transport. Aujourd'hui, 96% de l'hydrogène est fabriqué à partir d'énergies fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon), qui est la solution la plus rentable. Mais ce n'est pas la plus écologique. « Ce procédé est polluant, puisqu'en fabriquant l'hydrogène à partir d'hydrocarbures, on créé du carbone qui part dans l'air. » D'autres solutions existent, mais elles sont plus coûteuses. La plus prometteuse semble être la production d'hydrogène par électrolyse de la molécule d'eau.

L'hydrogène, étudié depuis le XVIIIe siècle

L'hydrogène n'est pas une découvert récente. Il a été découvert en 1766 par Cavendish. On l'appelait alors air inflammable. C'est Antoine Lavoisier qui lui donnera son nom définitif en 1783, en découvrant que cet air réagit avec l'oxygène pour former de l'eau. Depuis, l'hydrogène a été utilisé sous de très nombreuses formes.

Au début du 19e siècle par exemple, le gaz d'éclairage, composé principalement de gaz de houille, lui-même composé à 50% d'hydrogène, est fabriqué industriellement et concourt à l'éclairage des grandes villes européennes. Ce même gaz de houille est utilisé dans les moteurs à combustion interne à deux temps d'Etienne Lenoir en 1859.

Toujours dans l'automobile, mais plus récemment, depuis les années 1970, les constructeurs automobiles japonais se sont fortement penchés sur le véhicule à hydrogène. Phénomène qui s'est accru après la signature du protocole de Kyoto le 11 décembre 1997, qui vise à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, et qui a donné un nouvel élan à la recherche de carburants alternatifs, dont l'hydrogène.

Depuis le début du XXe siècle, l'hydrogène est majoritairement utilisé dans deux cas. Une situation qui perdure aujourd'hui. « Les quelque 600 milliards de m3 d’H2 produits chaque année dans le monde sont destinés pour près de 44 % au raffinage du pétrole – pour la conversion des bruts lourds et la désulfuration de l’essence et du gazole – et à la production d’ammoniac (environ 38 %) », selon l'étude réalisée par France Stratégie. « Un beau gâchis » pour Jean-Patrick Teyssaire, qui espère que le salon Hyvolution saura populariser l'hydrogène.