L’hydrogène sera-t-il le carburant de demain ?

L’U­nion euro­péenne s’est fixé des objec­tifs ambi­tieux de réduc­tion des émis­sions de gaz à effet de serre (GES), visant une réduc­tion de – 40 % des émis­sions d’i­ci 2030, et la neu­tra­li­té car­bone d’i­ci 2050. L’hy­dro­gène est un pilier majeur de cette stra­té­gie, et sa part dans le mix éner­gé­tique euro­péen devrait pas­ser de moins de 2 % (y com­pris lorsqu’il est uti­li­sé comme matière pre­mière) en 2018 à envi­ron 14 % en 2050¹. Par consé­quent, et dès 2030, la demande euro­péenne d’hy­dro­gène devrait aug­men­ter consi­dé­ra­ble­ment (+ 340 TWh entre 2015 et 2030), l’in­dus­trie (+ 164 TWh) et la mobi­li­té (+ 70 TWh) étant les prin­ci­paux contri­bu­teurs à cette crois­sance. La com­pé­ti­ti­vi­té éco­no­mique et l’empreinte car­bone de l’ap­pro­vi­sion­ne­ment en hydro­gène sont des enjeux clés pour la filière hydrogène. 

L’é­co­no­mie de l’hydrogène

L’électrolyse de l’hydrogène est à ce jour le seul moyen cré­dible pour pro­duire de l’hy­dro­gène durable et décar­bo­né ; et même si cette méthode est actuel­le­ment plus coû­teuse, elle pour­ra sûre­ment se ména­ger une place sur le mar­ché de l’hydrogène. Pour cela, il lui fau­dra trou­ver des zones de com­pé­ti­ti­vi­té-coût, notam­ment grâce à des modèles « semi-cen­tra­li­sés », comme des hubs de mobi­li­té de moyenne à grande échelle, capables de pro­duire 10 à 50 MW. 

Les coûts de l’hy­dro­gène vert devraient ain­si deve­nir attrayants d’i­ci à 2030, en attei­gnant le seuil de 2 à 3 dol­lars par kilo­gramme s’ils sont asso­ciés aux éner­gies renou­ve­lables ayant le meilleur ren­de­ment et la meilleure capa­ci­té, comme l’éner­gie solaire pho­to­vol­taïque du bas­sin médi­ter­ra­néen ou l’éner­gie éolienne off­shore des côtes de la mer du Nord.

Pour les appli­ca­tions indus­trielles, les coûts de l’hy­dro­gène dit « bleu » devraient cor­res­pondre à ceux des pro­cé­dés « gris », qui sont actuel­le­ment les plus bas². Comme ces méthodes de pro­duc­tion sont tou­jours émet­trices de car­bone, elles doivent être com­bi­nées à un cap­tage éle­vé du CO₂ – jus­qu’à 90 % lorsque le cap­tage et le sto­ckage du car­bone auront atteint leur matu­ri­té tech­nique. Par­tout où sa mise en œuvre est pos­sible – comme en mer du Nord, où Tota­lE­ner­gies, Shell et Equi­nor déploient d’im­por­tants inves­tis­se­ments –, l’hy­dro­gène bleu pour­ra défier les coûts et les émis­sions de l’hy­dro­gène vert (sans CO₂). Dans d’autres régions, les grands pro­jets d’hy­dro­gène vert, comme Mas­shy­lia (50MW) ou Port-Jérôme (200MW), semblent être les meilleures options.

La pro­duc­tion dis­tri­buée d’hy­dro­gène, tech­ni­que­ment per­ti­nente pour les appli­ca­tions de mobi­li­té légère, est néan­moins struc­tu­rel­le­ment entra­vée par une échelle limi­tée et des coûts d’a­li­men­ta­tion du réseau éle­vés. Elle néces­site par consé­quent des sub­ven­tions publiques.

Véhi­cules à hydrogène

L’U­nion euro­péenne a éta­bli une feuille de route pour l’hy­dro­gène pré­voyant le déploie­ment de 45 000 camions et bus à pile à com­bus­tible (FCEB) sur les routes euro­péennes d’i­ci à 2030, fai­sant ain­si de l’hy­dro­gène un pilier de la décar­bo­na­tion des trans­ports publics. Le trans­port rou­tier lourd (camions longue dis­tance ou auto­bus urbains) semble de fait être l’un des can­di­dats les plus pro­met­teurs pour exploi­ter les hubs de mobi­li­té à moyen terme. 

D’un point de vue tech­nique, les véhi­cules lourds à pile à com­bus­tible (PC) consti­tuent une solu­tion inté­res­sante, car ils uti­lisent un ensemble de tech­no­lo­gies matures (piles à com­bus­tible, réser­voirs de sto­ckage, etc.), qui ont été lar­ge­ment vali­dées dans le cadre de pro­grammes d’es­sais tels que Jive 1 / Jive 2 pour les auto­bus en Europe. À l’inverse, la plu­part des alter­na­tives aux moteurs à com­bus­tion interne (MCI) – telles que les bat­te­ries –, sont encore confron­tées à des défis tech­niques, notam­ment leur auto­no­mie limi­tée, leurs longs temps de charge et leur charge utile limi­tée par le poids, par exemple.

Sur le plan éco­no­mique, le coût d’a­chat d’un véhi­cule élec­trique à com­bus­tion interne devrait éga­le­ment dimi­nuer au cours de la pro­chaine décen­nie, jusqu’à atteindre 120 000 € pour un camion et 325 000 € pour un bus d’i­ci à 2030, contre res­pec­ti­ve­ment 300 000 € et 650 000 € aujourd’­hui. Si l’on ajoute à cela le prix com­pé­ti­tif de l’hy­dro­gène, le coût total de pos­ses­sion des véhi­cules élec­triques à pile à com­bus­tible sera équi­valent à celui des véhi­cules traditionnels.

Même avec de l’hy­dro­gène gris ou bleu – qui émet tou­jours du CO₂ –, les véhi­cules FCEV per­mettent glo­ba­le­ment de réduire les émis­sions car­bone par rap­port aux modèles actuels d’en­vi­ron 10 à 15 % avec de l’hy­dro­gène gris, et jus­qu’à 80 % avec de l’hy­dro­gène bleu. Et ce en res­tant au même niveau que les meilleurs camions EURO 6 en termes d’é­mis­sion de NOx.

Cepen­dant, rien de toute cela n’est gra­tuit. Outre la mise au point d’élec­tro­ly­seurs (ou de sys­tèmes de cap­tage et de sto­ckage du car­bone, le cas échéant), le déploie­ment de la mobi­li­té par l’hy­dro­gène lourd néces­site une acti­va­tion rapide – mais réa­liste – de la chaîne de valeur. Il s’a­git notam­ment de nor­ma­li­ser l’in­fra­struc­ture de dis­tri­bu­tion, qui repré­sente aujourd’­hui une part impor­tante des coûts de livrai­son de l’hy­dro­gène. Cela consti­tue un défi majeur pour gagner rapi­de­ment en enver­gure et déployer à grande échelle des sta­tions de ravi­taille­ment dans des lieux stra­té­giques, tels que les pla­te­formes logis­tiques le long des grands axes de fret paneu­ro­péens (« RTE‑T »).

Les coûts de déploie­ment devraient éga­le­ment être consi­dé­rables. Par exemple, pour rem­pla­cer 10 % du trans­port de mar­chan­dises de longue dis­tance dans six pays clés de l’UE (France, Alle­magne, Ita­lie, Bene­lux), soit envi­ron 20 000 camions, il fau­drait inves­tir entre 2 et 3 mil­liards d’eu­ros dans des infra­struc­tures de ravi­taille­ment. Ces fonds per­met­traient de créer 600 sta­tions de ravi­taille­ment, et autant pour la liqué­fac­tion de l’hy­dro­gène et les équi­pe­ments de trans­port dans le cas de la pro­duc­tion d’hy­dro­gène à dis­tance. Tou­te­fois, ces inves­tis­se­ments sont d’une ampleur rai­son­nable par rap­port à l’an­nonce faite par les pou­voirs publics en faveur de l’hy­dro­gène, et des ini­tia­tives auda­cieuses sont éga­le­ment atten­dues de la part des acteurs pri­vés (pro­duc­teurs indus­triels de gaz, exploi­tants d’au­to­routes, construc­teurs de camions, logis­ti­ciens, acteurs de l’in­dus­trie pétro­lière et gazière, ser­vices publics d’élec­tri­ci­té et de gaz).

L’hy­dro­gène dans l’espace

La mobi­li­té ter­restre ne sera cepen­dant pas la seule appli­ca­tion de l’hy­dro­gène à connaître des trans­for­ma­tions majeures au cours de la pro­chaine décen­nie. En effet, l’ex­plo­ra­tion de la Lune et de Mars connais­sant un regain d’in­té­rêt au niveau mon­dial, la NASA a attri­bué à Spa­ceX un contrat de 2,9 mil­liards de dol­lars pour la construc­tion d’un atter­ris­seur lunaire d’i­ci 2024, et Elon Musk a récem­ment réité­ré son ambi­tion de faire atter­rir un vais­seau spa­tial habi­té sur Mars avant 2030. 

L’é­norme dif­fé­rence entre l’éner­gie requise pour un lan­ce­ment depuis la Terre et depuis la Lune pousse les acteurs indus­triels à envi­sa­ger des points de ravi­taille­ment (par exemple EML‑1, NRHO) dans l’es­pace cis-lunaire, avec une source d’éner­gie exploi­tée et trai­tée direc­te­ment sur la Lune. La pos­si­bi­li­té de pro­duire éco­no­mi­que­ment des ergols (LH₂, LOX) sur notre satel­lite pour­rait favo­ri­ser les pro­grammes d’ex­plo­ra­tion de l’es­pace lointain.

Par consé­quent, de nou­velles fron­tières s’ouvrent pour l’élec­tro­lyse de l’hy­dro­gène. Pour pro­duire des pro­per­gols spa­tiaux sur la Lune, toute la chaîne de valeur doit être repro­duite in situ : extrac­tion du régo­lithe, sépa­ra­tion et trai­te­ment de l’eau, logis­tique et trans­port, opé­ra­tions robo­tiques, sys­tèmes de com­mu­ni­ca­tion et cen­trales élec­triques. Les tech­no­lo­gies néces­saires ont été déve­lop­pées, ou sont en cours de déve­lop­pe­ment. Plu­sieurs acteurs s’intéressent actuel­le­ment à cette chaîne de valeur nais­sante de manière assez dis­per­sée, quand une approche inté­grée serait pour­tant néces­saire, car les ini­tia­tives iso­lées ont peu de chances de four­nir des résul­tats tangibles.À par­tir de 2030, si les objec­tifs actuels sont atteints, un mar­ché des pro­per­gols d’en­vi­ron 240 tonnes par an pour­rait émer­ger à la future sta­tion Gate­way (NHRO). Il serait même éco­no­mi­que­ment viable si le prix des lan­ce­ments spa­tiaux depuis la Terre ne s’ef­fondre pas de manière signi­fi­ca­tive, et si les niveaux de CAPEX actuel­le­ment envi­sa­gés sont main­te­nus sous contrôle. En chan­geant d’échelle grâce au déve­lop­pe­ment d’activités com­plé­men­taires telles que les rovers et l’assistance aux astro­nautes, la filière pour­ra davan­tage absor­ber les dépenses ponc­tuelles de R&D.