Mobilité : les partisans de l’hydrogène ont-ils raison ?

Ceux qui voient dans l’hydrogène l’avenir de la mobilité ont-ils raison ? Voilà un débat qu’il serait imprudent de trancher aujourd’hui, mais des pistes de réflexion peuvent s’établir.

Les promesses de l’hydrogène sont séduisantes

Les véhicules à hydrogène ont une autonomie élevée, avec un plein réalisé en 5 mn. La solution technique est élégante (le véhicule ne rejette que de la vapeur d’eau) ; un véhicule à hydrogène s’affranchit de la mauvaise réputation des batteries (qui utilisent des métaux rares, s’acheminent vers la carence prévisible du lithium, et sont difficiles à recycler). Beaucoup d’arguments plaident pour l’avenir des véhicules à hydrogène, une solution séduisante.

Deux technologies sont mises en avant : la première consiste à utiliser un moteur très proche d’un moteur diesel, et de lui injecter de l’hydrogène ; la deuxième plus courante consiste en la mise en œuvre d’une pile à combustible (l’hydrogène est combiné avec l’oxygène de l’air) dont l’électricité alimente un moteur électrique : examinons cette dernière.

Certes, le coût actuel de ces véhicules est aujourd’hui prohibitif, et les bornes pour faire le plein d’hydrogène sont rarissimes, mais projetons-nous dans quelques années, où le coût par véhicule deviendrait acceptable, et les bornes bien réparties sur le territoire. Dans un tel contexte, la voiture à hydrogène sera-t-elle une meilleure solution que la voiture à batteries ?

Pour les détracteurs, c’est précisément l’hydrogène le problème, et pas la solution

Certes, l’hydrogène est présent massivement sur notre planète, par exemple dans l’eau des mers, mais hélas pas à l’état naturel. Il existe bien quelques tentatives de capter l’hydrogène qui sort naturellement de la terre, en Alsace ou en Afrique, ou de certains puits d’hydrocarbures, mais rien ne dit aujourd’hui que les quantités seront à la hauteur de l’enjeu. Rappelons qu’il y a plus d’un milliard de véhicules dans le monde.

L’hydrogène n’est ainsi pas une énergie primaire, c’est-à-dire une énergie naturellement présente et accessible, comme le sont le vent, le soleil, les chutes d’eau , l’uranium, ou les hydrocarbures. L’hydrogène est un moyen de stocker de l’énergie.

Produire de l’hydrogène vert est plus de 4 fois plus coûteux que l’hydrogène gris

Il faut d’abord pouvoir le produire. Aujoud’hui pas loin de 95% de l’hydrogène dans le monde est tout sauf vert : il se produit à partir d’hydrocarbures (par un procédé à haute pression avec de la vapeur d’eau appelé vapoformage). Pour 1 kg d’hydrogène produit, le procédé dégage 15 kg de CO2. Les chercheurs développent des alternatives, par exemple en captant le CO2, mais c’est loin d’être généralisé. Il faut signaler certaines initiatives comme en Martinique avec la SARA où il existe de l’hydrogène « fatal ». C’est-à-dire qu’il est produit de toutes façons, et donc peut être récupéré dans générer d’émissions de CO2 additionnelles. L’hydrogène vert coûte malheureusement (en scénario tendanciel) au minimum 4 fois plus cher que l’hydrogène « gris » fabriqué par vapoformage.

Un enjeu majeur est de savoir produire de l’hydrogène « vert », c’est-à-dire à partir d’une énergie bas-carbone.  

Le rendement énergétique associé à l’hydrogène est très médiocre

Un des moyens les plus courants de produire de l’hydrogène vert est l’électrolyse. On a tous joué au petit chimiste et fait cette expérience de relier une pile électrique à deux fils, les fils plongés dans l’eau dégagent de petites bulles, d’un côté il y a un dégagement d’oxygène, de l’autre un dégagement d’hydrogène : c’est l’électrolyse. En France par exemple, la société Lhyfe produit de l’hydrogène à partir d’énergie éolienne. L’énergie nucléaire aussi est en mesure de produire de l’hydrogène vert.

L’hydrogène a beau être une petite molécule, elle prend autant de place qu’une grande à température ambiante ! Pour la transporter sans utiliser un Zeppelin, il faut la comprimer, généralement à 300 voire 700 fois la pression atmosphérique. Cette compression consomme de l’énergie.

Enfin, faire l’opération inverse de l’électrolyse avec une pile à combustible pour produire de l’électricité représente un rendement voisin de 60%. On l’a compris : produire de l’hydrogène, le comprimer, le transformer à nouveau en électricité est une chaîne qui multiplie les pertes en rendement.

Selon l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie, le rendement global de la chaîne électrité-hydrogène-électricité est de l’ordre de 25%

25% de rendement, alors qu’une batterie affiche un rendement de 70%. Le débat est-il clos ? Alors que l’énergie se fait rare, pourrons-nous nous engouffrer dans une voie qui est si peu efficace ?  Les voitures à hydrogène sont-elles définitivement à ranger dans les lubies de l’histoire ?

Handicapée par rendement, la solution hydrogène garde des atouts considérables

D’abord, l’efficacité énergétique, dès lors qu’elle est décarbonée, n’est pas l’alpha et l’oméga des critères de développement d’une solution technologique. Car l’important est d’avoir la bonne énergie au bon endroit et au bon moment. L’hydrogène permet par exemple de stocker de l’énergie produite aux heures creuses, il se transporte par pipe-line (cf le projet de pipe-line Espagne-France-Allemagne H2MED), ce que ne savent pas faire des batteries.

De plus, l’Europe s’est lancée dans un plan massif de soutien à la filière hydrogène. Un écosystème gigantesque est en train de se créer. Des compétences, des matériaux, des filières se mettent en place. Le salon Hyvolution qui se tient début février Porte de Versailles à Paris, dédié à l’hydrogène, illustre tout ce dynamisme, dont nous ne sommes qu’au début. Les synergies entre tous les acteurs de ce nouveau monde sont difficiles à anticiper totalement.

Enfin, des externalités comme la disponibilité des matériaux et la géopolitique joueront aussi des rôles considérables, difficiles à quantifier aujourd’hui : disponibilité des métaux rares et du lithium. Aujourd’hui, personne ne sait parier sur l’avenir de la batterie à très grande échelle. 

Il est cependant probable que les solutions seront priorisées selon la quantité d’hydrogène vert disponible, les usages et les alternatives possibles. La mobilité lourde (transports) sera ainsi probablement prioritaire sur l’hydrogène, ainsi que les trajets longue distance, tandis que les trajets courts seront plus favorables à la batterie.

Un chose est certaine, l’hydrogène va faire son chemin. L’efficacité du rendement énergétique est son talon d’Achille, mais dispose de beaucoup d’atouts considérables, et des externalités peuvent être de plus déterminantes pour son avenir.

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