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Hydrogène : énergie du futur ?

L’hydrogène est aujourd’hui considéré comme une nouvelle énergie qui joue un rôle crucial dans la transition énergétique mondiale. S’il est prometteur, il présente toutefois certaines limites mais, à terme, sera peut-être l’énergie du futur.

L’hydrogène : qu’est-ce que c’est ?

L’hydrogène est un élément chimique, sous forme gazeuse, aussi connu sous la lettre H. Il fait notamment partie de la composition de l’eau : une molécule d’eau est constituée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène. Ces derniers peuvent aussi être présents dans les hydrocarbures, telles que le gaz et le pétrole, avec des atomes de carbone.

En réalité, il s’agit d’un vecteur énergétique plus qu’une source d’énergie directe. Dans la mesure où l’hydrogène n’existe pas à l’état pur, il faut avoir recours à des procédés chimiques spécifiques afin de séparer l’hydrogène d’autres éléments. Cela nécessite donc à la fois une source d’hydrogène et une source d’énergie. Vaporeformage de gaz naturel, gazéification et pyrolyse de la biomasse, électrolyse de l’eau… Les façons d’obtenir de l’hydrogène sont nombreuses et variées, ce qui en fait un élément chimique très abondant. 

Cependant, sa production nécessite de l’énergie, quand il est séparé des autres éléments chimiques ou quand il est comprimé ou liquéfié du fait de son état gazeux peu dense. Heureusement, l’énergie utilisée est propre, c’est-à-dire qu’elle est une source d’énergie primaire qui produit peu de polluants, puisqu’il s’agit souvent d’énergie solaire ou éolienne. L’hydrogène perd sa qualité d’énergie propre s’il est responsable des pollutions de centrales à charbon qui permettent de le générer, par exemple. 

Il est surtout utilisé dans les transports, du train jusqu’au vélo électrique, en passant par le bateau et l’avion. Le premier train à hydrogène, conçu par Alstom, est entré en service en septembre 2018, en Allemagne. Les premiers vélos électriques à hydrogène et le premier bateau autonome en énergie ont vu le jour en France en 2017. Le scooter et le tramway à hydrogène ont été conçus l’année précédente.

L’hydrogène est aussi le carburant de lancement de la fusée Ariane, et ce depuis déjà plusieurs décennies. Il est généralement utilisé dans une pile à combustible pour alimenter tous ces véhicules. Enfin, il peut également trouver son utilité dans la chimie, le raffinage ou le chauffage.

Les avantages de l’hydrogène

Un kilo d’hydrogène, c’est trois fois plus d’énergie produite qu’un kilo d’essence. Il s’agit d’une molécule particulièrement énergétique. Par ailleurs, quand l’hydrogène est généré à partir de ressources renouvelables, il ne pollue pas. Un atout indéniable. De plus, il ne rejette que de l’eau, pas de CO₂ ni autre élément nocif. 

Autre avantage : l’hydrogène offre aux voitures une grande autonomie, il est possible de parcourir entre 500 et 600 kilomètres, uniquement avec un plein. De plus, la vitesse de chargement est optimale : la recharge prend seulement trois minutes environ, dans une station dédiée. L’hydrogène offre également un stockage durable de l’énergie. En effet, il permet de stocker les surplus d’énergie pour plus tard, ce que l’électricité ne permet pas. 

D’ici 2050, l’hydrogène pourrait, selon une étude de l’Hydrogen Council avec McKinsey, correspondre à environ un cinquième de l’énergie consommée. Cela pourrait représenter 20% des contributions pour limiter le réchauffement climatique à 2°C. L’Hydrogen Council estime qu’il pourrait permettre à 10 ou 15 millions de voitures et à 500 000 camions de rouler sans polluer, d’ici 2030. Et d’ici 2050, la demande annuelle serait probablement multipliée par 10. Le chiffre d’affaires pourrait alors avoisiner les 2 500 milliards de dollars et l’hydrogène pourrait bien être à l’origine de la création de plus de 30 millions d’emplois.

Les limites de l’hydrogène

La production de l’hydrogène est, pour le moment, relativement coûteuse. Les technologies sont disponibles mais la production doit être suffisamment importante pour que les coûts diminuent. Les investissements relatifs à la production, la distribution et le stockage de l’hydrogène sont plutôt lourds. Selon l’Hydrogen Council, il s’agit de 20 à 25 milliards de dollars annuels d’investissement. D’ici 2030, cela représenterait près de 280 milliards de dollars. Pourtant, le pétrole et le gaz représentent 650 milliards de dollars par an. 

Pour le moment, environ 12 000 voitures roulent à l’hydrogène dans le monde, presque toutes construites par des constructeurs asiatiques tels que Toyota ou Hyundai. Les voitures coûtent en effet très cher, soit plus de 60 000 euros. Les pompes à hydrogène à installer dans les stations sont également très chères puisqu’elles avoisinent le million d’euros pour seulement une station. En France, elles ne sont qu’une vingtaine. 

La pile à combustible, produite à partir d’hydrogène, a une efficacité énergétique moins intéressante que celle de la batterie, produite à partir d’électricité. Une voiture qui fonctionne à l’hydrogène consomme entre 50 et 60 kilowatts-heure pour un trajet de 100 kilomètres. La voiture électrique qui fonctionne avec une batterie, elle, consomme deux fois moins sur le même trajet. 

L’hydrogène présente un intérêt écologique mais il reste encore des améliorations à y apporter. En effet, 94% est produit grâce aux énergies fossiles, soit le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Si c’est le processus le plus rentable, c’est aussi le plus polluant. En France, la production de l’hydrogène représenterait alors 11,5 Mt de CO₂ émis, et 3% des émissions du pays. Une voiture qui fonctionne à l’hydrogène produit à partir d’énergies fossiles serait responsable de l’émission de près de 130 grammes de CO₂ par kilomètre, alors qu’une voiture à moteur thermique représente 112 grammes de CO₂ émis par kilomètre. 

L’idéal serait d’utiliser l’électrolyse de l’eau pour produire de l’hydrogène. Il s’agit de décomposer une molécule d’eau en oxygène et en hydrogène. Cependant, cette méthode nécessite une grande quantité d’électricité. Heureusement, celle-ci peut être générée grâce à l’énergie solaire ou éolienne. 

Ainsi, l’hydrogène sera l’énergie du futur quand son modèle économique et son bilan écologique seront améliorés. Nicolas Hulot, ancien ministre de la transition écologique et solidaire en France, avait proposé en juin 2018 un plan hydrogène qui impliquait justement une réduction des coûts et un développement des technologies dédiées. L’utilisation de l’hydrogène pour faire rouler des véhicules lourds, comme les camions, les trains ou encore les bateaux, semble prometteuse.

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