Économie hydrogène

Le terme d'économie hydrogène est utilisé pour évoquer une hypothétique future société dans laquelle le dihydrogène (H₂) servirait de vecteur d'énergie, notamment pour toutes les applications mobiles (essentiellement la voiture) et stationnaires réparties.

La thèse : le dihydrogène, forme d'avenir de l'énergie

Le dihydrogène présente les caractéristiques suivantes :

• c'est un produit industriel usuel, essentiellement produit à partir de combustibles fossiles, et particulièrement le gaz naturel
• sa combustion produit essentiellement de l'eau, et aucun CO₂
• dans les applications de stockage de l'énergie renouvelable, il permet également de produire de l'électricité, via une pile à combustible, qui elle-même peut alimenter un moteur électrique.

Le dihydrogène est alors un intermédiaire entre la structure de production et la pile à combustible, produisant l'électricité, elle-même utilisée par un moteur électrique. En effet les énergies renouvelables intermittentes seraient ainsi stockées sous forme d'hydrogène lors des basses consommations, et réinjecté dans une pile à combustible lors des période de "non vent" ou de "non soleil". Nous pourrions ainsi "lisser" et adapter la production d'énergie à la demande.

Cette structure peut sembler totalement inutile par rapport au moteur à explosion, produisant directement l'énergie cinétique à partir du carburant ; en comparant les rendements énergétiques de ces deux solutions, 25 à 30 % pour les moteurs à combustion de produits pétroliers (rendement limite de Carnot) et le rendement de la pile à combustible (60 %), on s'aperçoit que la solution hydrogène est une alternative réaliste. Le rendement énergétique de la paire production d'hydrogène-pile à combustible est comparable à celui du moteur à explosion, et les pertes au niveau du moteur électrique sont quasi nulles.

En outre, l'utilisation de l'intermédiaire électrique implique d'énormes pertes liées au transport de l'électricité par le réseau. L'utilisation d'un réseau gazier hydrogène permettrait de réduire considérablement ces pertes.^{[réf. nécessaire]}

En revanche, l'utilisation directe de l'électricité par des véhicules électriques élimine une étape, mais le problème levé par les batteries polluantes et onéreuses n'est pas encore résolu. L'utilisation de la pile à combustible et d'un petit réservoir d'hydrogène à 700 bars permet un gain d'autonomie des véhicules électriques d'un facteur 2 à 4 !

La politique européenne est en faveur de l'économie de l'hydrogène. La règlementation concernant ces véhicules a été édité le 10 février 2009 par la commission européenne et préfigure l'entrée de l'Europe dans cette nouvelle révolution industrielle.

Actuellement 50 bus à hydrogène sont répartis en Europe, la seule ville de Hambourg en possède 30 et un bateau électrique à hydrogène de 110 passagers (le ZEMSHIP).

La production à grande échelle

Actuellement, on produit l'hydrogène en usine par deux procédés principalement.

Le plus utilisé repose sur l'utilisation d'hydrocarbures ou de charbon. C'est actuellement la solution la plus économique, et celle offrant le meilleur rendement énergétique mais ce coût dépend de celui des produits pétroliers. Néanmoins, cette solution ne fait que reporter le problème de la consommation d'énergies fossiles. Ce procédé représentait 96% de la production mondiale en 2006^[1].

L'autre solution mise en œuvre est l'électrolyse de l'eau. Elle est totalement exempte de rejets de gaz à effet de serre mais est beaucoup plus onéreuse et offre un rendement plus important que la solution énoncée plus haut. Elle consomme de l'électricité, qui elle-même doit être produite à partir d'énergie renouvelable ce qui en ferait un système "propre" du puits à la roue.

Le remplacement à terme des produits pétroliers et gazier par l'hydrogène en Europe, la sécurité de l'approvisionnement énergétique, la diminution des émissions de gaz à effet de serre seront le nerf de cette troisième révolution industrielle de l'énergie.

Question du stockage et du transport

La question du stockage : très peu dense, l'hydrogène doit être comprimé à des pressions importantes (de 200 bars à 700 bars) pour être transportable dans un volume raisonnable. Outre les problèmes de sécurité qu'elle comporte, cette compression demande beaucoup d'énergie. Néanmoins il peut aussi être stocké dans des gazomètres à très basse pression (2 bars) puis réinjecté dans un réseau gazier à l'image de ce qui se fait déjà pour alimenter les raffineries de pétrole dans le nord de la France. Enfin il peut être stocké sous forme solide à travers des hydrures et ainsi présenter un danger quasi inexistant. En effet, un point paradoxal est que l'hydrogène sert actuellement à la purification des produits pétroliers. D'autres solutions sont envisagées mais non maîtrisées pour l'instant ; le stockage sous forme liquide à très basse température est envisagé, mais non maîtrisé à bord d'un véhicule alors qu'il est maitrisé depuis longtemps pour la fusée Ariane. Une solution suscite de l'espoir, même si pour l'instant elle reste à l'état d'étude fondamentale : le "piégeage" de l'hydrogène par le carbone^{[réf. nécessaire]}.

Le transport : il faudrait mettre en place des infrastructures importantes en corrélation avec les stations pour véhicules électriques pour produire et transporter l'hydrogène sur des distances à l'échelle d'un pays. Il s'agit d'un effort comparable au développement des filières de distribution du pétrole, qui a demandé plusieurs dizaines d'années. Le coût du déploiement d'un système complet de distribution pourrait demander de 10 à 15 milliards de dollars pour les seuls États-Unis ^[2]. Ce frein économique implique que le passage à l'hydrogène ne peut résulter que d'un choix généralisé, et nécessite donc l'aplanissement de toutes les difficultés existantes.

Réfutation

Toute la thèse repose sur une comparaison entre l'hydrogène et le carburant d'origine pétrolière, sous la double hypothèse :

1. que le carburant fossile ne sera plus disponible dans 40 ans (par épuisement ou sous l'effet de mesures destinées à maîtriser le problème de l'effet de serre)
2. mais que la ressource énergétique globalement disponible resterait suffisante, notamment sous forme d'énergie renouvelable.

Or si cette dernière hypothèse s'avère fausse, le monde n'a pas la possibilité de produire l'hydrogène et le concept d'économie hydrogène n'a plus de sens. Mais, inversement, si elle est exacte, il est plus simple, plus efficace, moins polluant et plus économique de simplement utiliser l'énergie disponible le plus possible directement, plutôt que de la convertir en hydrogène avec toutes les pertes et les difficultés que ça représente. D'autant que les énergies renouvelables sont essentiellement productrices d'électricité, forme d'énergie particulièrement commode. La conversion de l'énergie disponible en hydrogène ne peut pas être la norme, mais seulement l'exception, évitée autant que possible.

De plus, même la première hypothèse est discutable : l'épuisement des ressources fossiles se traduira par réduction de leur usage en commençant par les secteurs où leur intérêt est le plus faible, et en terminant par les secteurs où leur emploi se justifie le plus. Le secteur des transports sera certainement l'un des derniers à renoncer aux carburants pétroliers (d'origine fossile ou synthétisés ad hoc).

C'est pourquoi seuls quelque rares organismes spécialisés dans l'hydrogène le voit dominant à l'avenir, les autres étant sceptiques faute d'informations suffisantes sur les bienfaits de cette technologie^[3], ce qui n'exclut pas qu'il soit présent dans une certaine mesure.

Voir aussi

• Chronologie des technologies de l'hydrogène
• Dihydrogène
• Hydrogène
• Véhicule propre
• Pile à combustible
• stockage d'hydrogène

Notes et références

Bibliographie

L'économie hydrogène : après la fin du pétrole, la nouvelle révolution économique Jeremy Rifkin, La Découverte, 2002

Diaporama d'Ulf Bossel, Président de l'European Fuel Cell Forum

Liens externes

• http://www.enpc.fr/fr/formations/ecole_virt/trav-eleves/cc/cc0304/hydrogene/H2.htm
• Dossier sur l'hydrogène sur le site du CEA

• Dossier sur l'Alternative Hydrogène de France Innovation's
• L'économie de l'hydrogène dans le Monde et en Bretagne: ERH2-Bretagne

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