Pourquoi l'hydrogène revient dans la course
Par Franck Niedercorn

La promesse d'une énergie propre et abondante ne s'est pas encore concrétisée. Mais l'automobile commence à y croire, et l'hydrogène serait très pertinent pour le stockage.

C'était l'un des matchs du dernier Salon automobile de Tokyo : la voiture électrique contre celle à hydrogène. Toyota, pionnier des véhicules verts avec sa Prius, présentait son prototype à hydrogène, FCV, qu'il estime pouvoir lancer d'ici à deux ans. La plupart des autres grands constructeurs, à l'exception de Renault et de PSA, sont dans les starting-blocks. Certains sont même déjà partis, comme Honda, avec la FCX Clarity, ou Huyndai. Les premières voitures roulant à l'hydrogène immatriculées en France sont d'ailleurs coréennes : elles ont été acquises le mois dernier par Air Liquide.



Dans ce face-à-face, la voiture à hydrogène a de sérieux atouts : une autonomie d'au moins 600 kilomètres et un passage à la pompe aussi rapide qu'avec une auto à essence. Encore faut-il, justement, accéder à une station fournissant de l'hydrogène. Ce fut longtemps le problème. L'Allemagne, qui possède déjà une quinzaine de stations, doit se doter d'un réseau de 400 points de distribution à l'horizon 2023, dont une centaine d'ici à quatre ans. Ce projet, intitulé « H2 Mobility », associe 6 acteurs, dont Air Liquide, et va mobiliser 350 millions d'euros. Le Japon prévoit lui aussi de s'équiper d'une centaine de stations dès 2015.



L'hydrogène sera-t-il pour autant le carburant du XXIe siècle ? Est-ce l'avènement de l'économie de l'hydrogène, annoncée par l'économiste américain Jeremy Rifkin en 2002 ? « Les briques technologiques sont désormais disponibles », affirme François Le Naour, responsable du département biomasse énergie au Liten, un laboratoire du CEA. Certes, ce gaz a un potentiel énergétique extraordinaire. La rupture de la liaison entre les deux atomes d'hydrogène libère beaucoup d'énergie et permet de produire de l'électricité grâce à une pile à combustible. Inventée dès le XIXe siècle, elle a d'abord été utilisée par des programmes spatiaux, puis pour une série d'applications de niche, depuis l'alimentation de sites isolés jusqu'à certaines applications de mobilité comme les chariots élévateurs. On reste pourtant loin des promesses initiales. « En 2005, on nous prédisait déjà l'arrivée de milliers de véhicules. J'ai donc des doutes », explique Silvana Mima, ingénieur de recherche au CNRS spécialiste de la prospective économique dans le domaine de l'énergie.



Un autre phénomène joue pourtant en faveur de l'hydrogène : le déploiement massif des énergies renouvelables. En effet, l'éolien et le solaire photovoltaïque fournissent une énergie certes propre, mais décentralisée, intermittente et imprévisible. « Dès que la part des énergies renouvelables dépasse un certain seuil (par exemple 20 %), qui dépend du mix énergétique et notamment de sa flexibilité, la situation devient critique du fait des périodes de surproduction qui se multiplient et s'allongent », estime Marc Florette, directeur recherche et innovation de GDF Suez. C'est là qu'intervient l'hydrogène, en raison de sa forte densité énergétique (lire ci-contre). Plutôt que d'arrêter les éoliennes ou « de revendre cette électricité à perte », explique Thierry Alleau, président d'honneur de l'Association française pour l'hydrogène et les piles à combustible (Afhypac), cette énergie serait consacrée à produire de l'hydrogène par électrolyse.



Le principe est déjà testé en Corse depuis début 2012, avec le démonstrateur Myrte, qui associe Helion (groupe Areva), le CEA et l'université de Corse. Le courant d'une centrale solaire de 500 kW est transformé en hydrogène par un électrolyseur, puis stocké. L'énergie est ensuite restituée via une pile à combustible pendant les heures de forte consommation. Areva va, lui, fournir un équipement similaire à la petite ville de La Croix-Valmer (Var), qui, l'été, fait face à des pics de consommation. « L'installation servira à compenser une baisse de production ou à prendre le relais du réseau électrique de la commune en cas de coupure », précise Louis-François Durret, directeur du « business group » énergies renouvelables chez Areva.

Il reste pourtant à accomplir de gros progrès techniques. D'abord sur les électrolyseurs, qui permettent de fabriquer l'hydrogène avec l'électricité. La technologie alcaline, la plus connue et bien maîtrisée, « apporte trop peu de souplesse pour être compatible avec les énergies renouvelables », estime Vincent Artero, qui dirige un groupe du laboratoire de chimie et biologie des métaux dans une unité mixte CEA-CNRS-université de Grenoble. Plus performant, l'électrolyseur à membrane est, lui, handicapé par le coût du platine indispensable à sa fabrication. Il faudra peut-être attendre la technologie suivante, utilisant la haute température, pour laquelle « nous avons l'espoir d'arriver à une solution industrielle entre 2017 et 2020 », assure François Le Naour.



A plus long terme, la recherche réserve encore sans doute des surprises, par exemple avec la photosynthèse artificielle. L'intérêt serait d'éviter l'utilisation de métaux nobles comme le platine au profit de métaux plus ordinaires comme le nickel, en concevant des catalyseurs dont le fonctionnement s'inspire de la nature. « On parle de photosynthèse artificielle, car on convertirait l'énergie solaire en hydrogène avec une seule cellule plus efficace que l'association des panneaux solaires et la pile à combustible. C'est évidemment de la recherche fondamentale », explique Vincent Artero.



Pour Patrice Geoffron, professeur d'économie à Dauphine et directeur du Centre de géopolitique de l'énergie et des matières premières, l'hydrogène a encore une longue route à parcourir : « L'hydrogène jouera probablement un rôle significatif après 2030 ou 2040, mais cette filière et ses différents usages ne sont pas de nature à modifier la donne pendant les deux décennies critiques (2020, 2030) durant lesquelles il faut amorcer la transition énergétique en commençant à inverser la courbe des émissions de gaz à effet de serre. »

Frank Niedercorn

Comment ça marche

L'atome d'hydrogène est très abondant sur Terre (on le trouve notamment dans l'eau ou les hydrocarbures), mais il n'existe pas sous forme gazeuse (dihydrogène, H2).

L'hydrogène se caractérise par une densité énergétique très élevée : 140 mégajoules par kilogramme. C'est quasi trois fois plus que le pétrole et 200 fois plus qu'une batterie lithium.

L'essentiel de l'hydrogène est aujourd'hui fabriqué à partir d'hydrocarbures, avec de multiples procédés.



On peut également le produire à partir de l'électrolyse, une réaction chimique qui transforme l'eau (H2O) en hydrogène et en oxygène gazeux grâce à l'énergie électrique.

La pile à combustible, grâce à une réaction inverse à l'électrolyse, produit de l'électricité à partir de l'hydrogène et de l'oxygène de l'air.

Cette réaction, qui produit également de l'eau et de la chaleur, s'opère au sein d'une structure composée de deux électrodes (l'anode et la cathode) séparées par un électrolyte

9 Janvier 2013

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