L’hydrogène est-il le carburant du futur ?
Vecteur stratégique de décarbonation des secteurs industriels et de la mobilité, l’hydrogène vert s’impose comme un pilier incontournable de la transition énergétique. Mais son déploiement à grande échelle est ralenti par des questions de coûts, d’infrastructures et des besoins massifs en énergies renouvelables. Face à ces défis, les initiatives se multiplient pour construire une filière compétitive, résiliente et souveraine.
L'hydrogène nourrit depuis longtemps les espoirs d'une révolution verte dans notre système énergétique. En effet, sa capacité à stocker trois fois plus d'énergie que l'essence, sans émission directe de CO₂, en fait un candidat idéal pour transformer des secteurs clés comme les transports, l'industrie et le stockage d'énergie. À condition d’être décarboné. Car s’il n'est pas une source d'énergie comparable au charbon ou au gaz, l'hydrogène actuel (qualifié de gris) reste un vecteur énergétique majoritairement produit à partir des énergies fossiles qu'il est censé remplacer.
Pour jouer un rôle clé dans la transition énergétique, l'hydrogène doit devenir décarboné ou « vert », c'est-à-dire produit par électrolyse de l'eau, alimentée exclusivement par des énergies renouvelables. Le défi est de taille car l’électricité disponible au niveau européen est encore largement carbonée et son utilisation pour alimenter les électrolyseurs générerait encore plus de CO2.
Une volonté politique forte
La production et l’usage d’hydrogène vert ou décarboné sont au cœur des politiques énergétiques nationales et européennes, qui y voient un moyen de décarboner leur énergie mais également de réduire leur dépendance au gaz russe. L’Union européenne ambitionne ainsi de produire 10 millions de tonnes d’hydrogène renouvelable d’ici 2030.
Aussi, même si cette filière reste embryonnaire, on note une accélération récente des projets, comme les alliances industrielles Hy2Tech et Hy2Use. De son côté, la France soutient massivement la filière, avec son plan France 2030 et à hauteur de 9 milliards d’euros d’ici 2030. La stratégie nationale hydrogène1 vise 6,5 GW de capacité installée d’électrolyseurs d’ici 2030 afin de remplacer l’hydrogène gris et de développer des applications, notamment dans la mobilité lourde. Des projets industriels majeurs émergent, mais peinent à atteindre l’échelle critique.Fin 2023, la puissance des électrolyseurs installés n’était que de 0,03 GW, loin derrière l’objectif des 6,5 GW d’ici 2030.
Les freins persistants au décollage de la filière
L’électrolyse de l’eau réalisée à partir d’une électricité fournie par de l’énergie nucléaire, éolienne ou solaire, est la solution la plus plébiscitée à ce jour, car elle n’émet aucun CO2. Mais elle reste peu développée pour plusieurs raisons : le coût élevé, des faibles rendements, des technologies loin de la maturité industrielle et une production énergivore nécessitant d'importantes quantités d'électricité verte que peu de pays européens produisent. Son utilisation à grande échelle exige donc le déploiement massif de nouvelles capacités de production électrique bas carbone (réacteurs nucléaires, parcs éoliens).
Une fois produit, l’hydrogène vert doit être stocké puis transporté jusqu’aux lieux de consommation, ce qui nécessite le déploiement d’infrastructures complexes et coûteuses. Enfin, l’hydrogène étant inflammable, son utilisation hors du cadre industriel soulève des questions de sécurité. En France par exemple, les stations-service distribuant de l’hydrogène sont très encadrées afin de prévenir les risques d’explosion ou d’incendies.
Les futurs usages de l’hydrogène vert
Le secteur industriel constitue le terrain d'application prioritaire pour l'hydrogène vert, avec un double objectif : substituer l'hydrogène gris - utilisé essentiellement dans le raffinage pétrolier ou la synthèse d'ammoniac - et décarboner les procédés industriels fortement émissifs, comme la production d’acier et de ciment.
En matière de stockage saisonnier des énergies renouvelables, l'hydrogène vert offre une solution au défi de l'intermittence. Via le processus power-to-gas-to-power, les surplus des productions éolienne et photovoltaïque peuvent être convertis, stockés pendant plusieurs mois, puis réintroduits dans le réseau pendant les périodes de forte demande, optimisant ainsi le rendement global du système énergétique.
Dans le domaine de la mobilité, l'hydrogène présente un potentiel varié selon les modes de transport. Si des bus circulent déjà grâce à des piles à hydrogène et des réservoirs adaptés, la montée en puissance des voitures électriques à batterie pour remplacer l’hydrogène laisse peu de place à ce dernier. C’est en fait dans les transports lourds que l’usage de l’hydrogène vert semble plus prometteur.
Dans l’aérien, sa forte densité énergétique de l’hydrogène plaide en sa faveur, mais son volume important à l’état liquide nécessite une refonte de la structure des avions. Un défi que relèvent activement Airbus et Safran dans le cadre du programme ZEROe2, visant un appareil commercial d'ici 2035.
Quant au secteur ferroviaire, les premiers trains à hydrogène comme le Coradia iLint d'Alstom3 ont démontré la faisabilité technique du concept sur des lignes non électrifiées. Mais l'écosystème ferroviaire à hydrogène se heurte à plusieurs contraintes : coûts d'infrastructure élevés, maturité technologique insuffisante et disponibilité encore limitée d'hydrogène vert. Ces obstacles ont conduit plusieurs opérateurs, notamment en Allemagne, à reconsidérer leurs investissements initiaux au profit de solutions alternatives.
L’hydrogène vert, un pari à concrétiser
Face à la concurrence internationale - notamment chinoise pour les électrolyseurs (70 % de la capacité mondiale) et américaine - l'Europe doit sécuriser sa souveraineté sur l'ensemble de la chaîne de valeur. Elle doit augmenter sa capacité de production d'électricité renouvelable à bas coût, mais aussi améliorer les rendements électrolytiques et optimiser les infrastructures de stockage et de distribution. Des enjeux majeurs qui nécessitent une coordination entre politiques publiques, investissements privés et innovation scientifique.
Les différentes techniques de production de l’hydrogène
Reformage du gaz naturel à la vapeur d'eau. C’est la technique la plus répandue, qui consiste à faire réagir du méthane avec de l’eau pour obtenir un mélange contenant de l’hydrogène et du CO2. Le CO2 émis peut éventuellement être capté et stocké pour produire un hydrogène décarboné.
Électrolyse de l'eau. L’électrolyseur permet de décomposer l’eau (H₂O) en hydrogène (H₂) et en oxygène (O₂) à l’aide d’un courant électrique. Lorsqu’il est alimenté par des sources d’électricité renouvelables (éolien, solaire, hydraulique), il permet de produire de l’hydrogène « vert ». Cette voie est encore peu répandue car elle est très coûteuse.
La gazéification permet de produire, par combustion, un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène à partir de charbon ou de biomasse, mais elle émet beaucoup de CO2.
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