L’hydrogène: cet atome qui pourrait nous sauver

Louise Boutard et Gaël Flaugère



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L’hydrogène: cet atome qui pourrait nous sauver

L’hydrogène: cet atome qui pourrait nous sauver

par Louise Boutard et Gaël Flaugère

Et si l’énergie du futur était déjà partout autour de nous ? L’hydrogène, cette molécule très présente dans notre quotidien pourrait être l’électricité de demain. C’est le pari que font de nombreux scientifiques et industriels, déclarant que nous sommes à un moment charnière dans ce domaine. Mais avant de pouvoir nous éclairer, nous chauffer ou nous déplacer grâce à l’hydrogène, un long chemin reste à parcourir par les chercheurs, les entreprises et les citoyens.

 

Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables.”

Dans ce passage de L’île mystérieuse, Jules Verne montre qu’il avait aperçu les potentialités de l’hydrogène dès 1875. Avec une révolution énergétique d’avance, il voulait remplacer le charbon.

L’hydrogène est l’atome le plus petit, le plus léger et le plus simple de la nature.  75% de la masse visible du cosmos en est composée et il entre pour deux tiers dans la composition de l’eau. Sa légèreté le pousse à s’allier systématiquement avec d’autres atomes, ce qui rend complexe son isolement et son exploitation. Pour utiliser l’hydrogène comme source d’énergie, c’est en réalité de paires d’atomes d’hydrogène (dihydrogène) dont on a besoin. Or on le trouve rarement sous cette forme dans la nature. Mais sa profusion dans l’eau, l’air et la plupart des énergies fossiles est porteuse d’espoir.

C’est la simplicité de la molécule d’hydrogène qui fait sa polyvalence en matière énergétique ou industrielle. Au cours de l’histoire, on a utilisé sa légèreté pour alimenter les zeppelins, mais aussi son pouvoir calorifique exceptionnel pour créer des bombes aux explosions dévastatrices. C’est l’industrie chimique qui s’est saisie en premier de l’hydrogène et aujourd’hui encore, la majorité de l’hydrogène est transformée afin de produire de l’ammoniac ou pour raffiner du pétrole.

De l’atome à l’énergie

Infographie Hydrogène Version finale de la finL’hydrogène intéresse les scientifiques depuis plusieurs années, chacun portant sa propre vision sur la meilleure façon d’obtenir de l’énergie. Certains chercheurs et géologues parient par exemple sur l’hydrogène naturel, s’échappant notamment des zones volcaniques. Difficile à récolter, contesté par des industriels, ce procédé n’est pas le plus privilégié pour le moment. Selon François Le Naour, chercheur au CEA, “Pour le moment, l’hydrogène naturel reste un objet de laboratoire.”

L’énergie hydrogène, dans sa grande majorité, est obtenue par dissociation des atomes auxquels la molécule est le plus couramment combinée. Selon l’Institut français du pétrole, en 2014, 96% de l’hydrogène était produit à partir des énergies fossiles (gaz naturel, hydrocarbures liquides et charbon).

Cependant, la méthode la plus prometteuse pour la recherche est celle de l’électrolyse. Ce procédé isole les atomes d’hydrogène présents dans l’eau, grâce à l’électricité. Mieux contrôlée et potentiellement moins polluante, cette solution semble être la possibilité d’un hydrogène vert pour une consommation massive.


Infographie: Le système hydrogène, de sa production à sa valorisation.

De l’atome à l’énergie, le passage n’est pas évident. La majorité de l’hydrogène produit se fait en cycle fermé, par et pour l’industrie qui utilise l’hydrogène pour fabriquer de l’ammoniac ou l’utilisa dans le processus de raffinage du pétrole.

Les transports en première ligne

Peu à peu, l’hydrogène arrive dans notre quotidien. Posant la question : quelle place pour l’énergie hydrogène demain ? La réponse n’est pas encore fixée, mais certaines firmes en ont fait le pari.

Comme dans toute révolution énergétique, les transports sont la partie visible de l’innovation en cours. On oppose souvent voitures hybrides, électriques et voitures à hydrogène pour désigner l’avenir du transport individuel, en réalité les voitures à hydrogènes sont aujourd’hui des voitures électriques. Certains constructeurs avait d’abord choisi la solution tout hydrogène, en brûlant directement le gaz comprimé avec un moteur à combustion. Mais le système s’est révélé trop complexe à gérer. C’était le cas de la BMW Hydrogen 7 sortie dès 2006, dont la production a été arrêtée en 2009.

La plupart des marques travaillant actuellement avec cette énergie préfèrent une forme plus proche de la voiture électrique connue. Les premiers prototypes font leur arrivée peu à peu : Hyundai en 2013, Toyota en 2015 ou encore Honda, qui après un premier prototype en 2008 a sorti en 2016 un modèle en série. Ces véhicules fonctionnent à l’aide de batteries, rechargeables à des bornes. Une offre qui n’a pas encore trouvé son public. L’unique station de rechargement de Paris ne compte aucun client particulier.

Actuellement, selon Pierre Serre Combe ingénieur spécialisé dans l’hydrogène au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), 170 véhicules fonctionnent grâce à l’hydrogène en France. C’est légèrement plus que les 150 voitures allemandes. Pourtant, ces derniers misent bien plus sur l’hydrogène que la France. Un partenariat avec Air liquide doit permettre de développer une trentaine stations de rechargement d’hydrogène sur le territoire allemand d’ici un peu plus d’un an pour promouvoir cette énergie. L’objectif à l’horizon 2025, serait d’en développer près de 400.

Autre initiative innovante française, la société Symbio, créée en 2010, transforme des voitures électriques en véhicules hybride électriques/hydrogène. Au cours du trajet, l’hydrogène est transformé en électricité, permettant de prolonger le voyage.

L’hydrogène, une énergie durable ?

L’hydrogène a, sur le papier, toutes les capacités d’une l’énergie « durable ». Elle peut répondre à la fois aux exigences sociales, écologiques et économiques du développement durable. Elle ne forcerait pas à l’économie d’énergie et n’imposera pas un nouveau modèle de société. Elle se substituerait tout simplement à nos énergies polluantes.

L’utilisation de l’hydrogène ne pollue pas et n’émet aucun CO2. Bon point pour l’environnement. Mais encore faudrait-il que l’énergie utilisée pour la fabriquer soit toute aussi écologique. Et c’est là que le bât blesse. Sur 60 millions de tonnes d’hydrogène produites chaque année dans le monde, seul 5% est fabriqué à partir d’eau, procédé coûteux en électricité mais potentiellement renouvelable. En l’état actuel, un usage massif de l’énergie hydrogène ne permettrait qu’une diminution des émissions polluantes de 20%.

Ce constat est accentué par une seconde problématique non négligeable : celle du stockage. Pour Pierre Serre Combe, il s’agit du “verrou majeur” à l’utilisation de l’hydrogène. La molécule est difficile à stocker sous forme gazeuse, car très peu dense. Pour la conserver à l’état liquide, il faudrait la maintenir à une température inférieure à -253°C. Or une telle contrainte réclame de l’énergie et consommerait ainsi jusqu’à un tiers du réservoir.

Production rare, stockage complexe… L’hydrogène est une énergie extrêmement chère à financer et détourne un certain nombre de clients potentiels. En l’état actuel, l’hydrogène peine à trouver sa place dans le mix énergétique, mais les chercheurs continuent de se pencher sur le sujet.

La rentabilité : pierre de touche de la « société hydrogène »

Spécialiste de l’hydrogène naturel, le géologue Alain Prinzhofer décrit un tâtonnement scientifique. Une époque où la science se saisit d’un nouvel objet d’étude prêt à révolutionner la société. Les possibilités sont connues, reste à les réaliser. Au Mali des forages initialement dédiés à la recherche d’eau fournissent aujourd’hui en électricité un village et une petite usine grâce à l’hydrogène.

Industriels et chercheurs travaillent main dans la main à la recherche d’une viabilité économique. “Aujourd’hui, explique Pierre Serre Combe, nous produisons des piles à combustible qui produisent de l’énergie pour une quarantaine d’euros au kilowatt/heure. L’objectif est d’arriver à un coût d’une trentaine d’euros pour devenir compétitif.” La recherche de techniques se développe en parallèle des solutions commercialisables.

L’hydrogène a vocation à s’incorporer dans la société petit à petit. Par exemple dans les avions, mais pas nécessairement où on l’attend. Plutôt que d’essayer de faire voler l’avion directement à l’hydrogène, les chercheurs visent son intégration pour le confort des passagers pendant le vol : lumières, climatisation, cuisine… A la clef, un allègement de l’avion permettant une économie de kérosène. “Et avant cela, précise le chercheur, on va mettre de l’hydrogène dans les véhicules au sol. C’est déjà le cas à l’aéroport Schonfelder de Berlin.”

Une fois dépassés les freins liés à cette nouvelle énergie, reste à adapter le modèle commercial. Start-up et entreprises innovent dans le domaine même si la rentabilité n’est pas encore au rendez-vous. Mais pierre après pierre, l’édifice commercial prend forme. Air Liquide, travaille sur l’hydrogène depuis près de cinquante ans et plus récemment sur son utilisation énergétique. “Nous souhaitons comprendre et tester ce marché, surtout concernant la mobilité, raconte Dominique Lecocq, directrice de la communication et des écosystèmes. Actuellement, nous travaillons sur l’élargissement du maillage des stations de distributions. En Allemagne, mais aussi aux Pays-Bas, au Japon ou encore aux Etats-Unis.”

L’hydrogène pourrait se substituer aux énergies actuelles en conservant les mêmes modes de consommation. “A part l’apport non négligeable pour l’environnement, il n’y a aucun changement dans l’usage, explique Dominique Lecocq. Ce constat est à la fois un avantage et un inconvénient. La transition d’une énergie à une autre pourrait ainsi être plus fluide, mais sans que les consommateurs n’en voit les retombés positives. “C’est un bénéfice collectif difficile à appréhender,. Il y a une question d’acceptation sociétale sur ces questions qui sont très difficiles à régler.”
C’est donc la recherche, mais aussi la capacité de la société à changer ses modèles énergétiques, qui feront le futur de l’hydrogène. Selon LesEchos, reprenant  le laboratoire national d’Oak Ridge, “La voiture à hydrogène pourrait représenter de 20 à 50 % des véhicules sur les routes américaines d’ici à 2050”. Un optimisme qui annonce que l’hydrogène aura bien une place non-négligeable dans le mix énergétique de demain.

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