L’hydrogène : défis actuels et futurs

L’hydrogène, vecteur énergétique, constitue l’une des solutions majeures pour répondre aux défis du changement climatique et de l’épuisement des énergies fossiles. Cependant, il reste encore de nombreux défis à relever pour permettre à l’hydrogène de jouer son rôle prometteur d’énergie alternative. Voici un point sur les promesses et les défis associés à cette nouvelle technologie.

Une voie vers la mobilité durable

Aujourd’hui, la lutte contre le changement climatique et l’indépendance vis-à-vis des énergies fossiles sont devenues des enjeux mondiaux majeurs. Il apparaît donc comme une priorité de créer des technologies pour les transports, l’industrie ou l’habitat, qui permettent de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de développer des sources d’énergie alternatives.

L’hydrogène, utilisé en tant que vecteur énergétique, constitue une solution majeure pour répondre à ces défis.
En effet, cette molécule, couplée à la pile à combustible, n’émet aucun polluant sur son lieu d’utilisation puisqu’elle ne génère que de l’eau. L’hydrogène peut être produit à partir de l’ensemble des énergies primaires, ce de manière « verte » - sans émissions de CO2, grâce à l’usage d’énergies renouvelables ou bien d’énergies fossiles associées à la capture et au stockage du CO2.
Son utilisation dans les véhicules permet ainsi d’envisager des villes propres, sans pollution atmosphérique, ni sonore… un premier pas vers une mobilité totalement durable.

Pour ces raisons, un certain nombre de grandes nations ont décidé d’inscrire la filière hydrogène énergie parmi leurs priorités stratégiques. Des programmes de recherche d’envergure ont été lancés aux États-Unis, en Europe et au Japon visant à introduire l’hydrogène et les piles à combustible dans les transports dès 2015. Les gouvernements de ces pays soutiennent ces initiatives par des financements à la hauteur des enjeux environnementaux et économiques, à raison de budgets annuels d’environ 400 M€ pour les États-Unis et le Japon et de 100M€ pour l’Europe. D’autres pays, dont la Chine, ont également initié des programmes « Hydrogène Énergie ».

Des avancées technologiques significatives

Les efforts majeurs de R&D menés par les différents acteurs du secteur ces 5 dernières années, conjugués à une convergence de leurs priorités technologiques, ont permis de faire progresser substantiellement les technologies « Hydrogène Energie », que ce soit dans les domaines de la production et du stockage de l’hydrogène, ou bien des piles à combustible.

Le coût actuel de l’hydrogène distribué à la pompe, produit à partir de reformeurs de gaz naturel, permet déjà d’être compétitif par rapport aux carburants pétroliers, sur la base des prix actuellement observés.
Les progrès se poursuivent sur les technologies de stockage à haute pression, permettant de compenser la faible densité de l’hydrogène et les problèmes d’intégration dans les véhicules. Le stockage à 700 bars se généralise ainsi dans les véhicules prototypes, permettant de fournir à ces derniers une autonomie de l’ordre de 400 km tout en conservant un réservoir de taille acceptable.
Les piles à combustibles ont, pour leur part, connu des progrès significatifs ces dernières années, sous l’impulsion des fabricants automobiles, notamment en termes de coût, de densité de puissance et de fiabilité. DOE annonce ainsi une réduction du coût de production en série de la pile de 275 $/kW en 2002 à 107 $/kW en 2006, pour une cible finale à 30 $/kW.

Une phase intermédiaire de développement indispensable à l’amorce de la filière

Afin de permettre à l’hydrogène énergie d’émerger comme une solution crédible face aux enjeux énergétiques et environnementaux actuels, il est nécessaire d’amorcer cette filière à court terme sur des applications plus accessibles que celles du transport.
Cette phase de transition permettra de relever les défis technologiques, économiques et sociétaux auxquels est aujourd’hui confronté l’ « Hydrogène Énergie » et de créer également les conditions d’un déploiement réussi dans les transports à l’horizon 2015.
Des marchés de niche, valorisant mieux les avantages de l’hydrogène énergie (en particulier, les flottes captives de véhicules, l’électricité sans fil et la fourniture d’énergie de secours), existent dès aujourd’hui et doivent apporter les volumes suffisants pour initier l’industrialisation des produits de la filière.
En effet, les résultats obtenus par les chercheurs permettent déjà de faire sortir l’hydrogène du laboratoire et de le mettre à la disposition d’utilisateurs privilégiés qui peuvent ainsi se familiariser avec cette nouvelle énergie. C’est l’objectif des nombreux programmes de démonstration "grandeur nature" menés au niveau international.

Un exemple significatif est le projet européen Hychain, coordonné par Air Liquide, qui permet aux utilisateurs de quatre pays européens (France, Italie, Espagne et Allemagne) de tester en grandeur réelle des flottes de véhicules alimentées en électricité par une pile à combustible : scooters, tricycles, fauteuils roulants, petits véhicules utilitaires et minibus. Pour alimenter ces véhicules en hydrogène de façon simple et en toute sécurité, le Projet Hychain développe notamment une logistique innovante basée sur des cartouches d’hydrogène échangeables.
Ce type de programmes permet ainsi d’accompagner la démarche de développement et d’industrialisation, tout en apportant davantage de visibilité de la filière ainsi qu’un retour d’expérience indispensable à la levée des verrous sociétaux.

Dans quelques années, les voitures à hydrogène…

En parallèle de ces développements, plusieurs grands constructeurs automobiles (General Motors, Daimler, Honda, BMW, Toyota, Ford) s’imposent de plus en plus clairement comme les pilotes pour l’introduction de l’hydrogène dans les transports. Les budgets R&D mis en œuvre par ces sociétés sont significatifs : les constructeurs américains mentionnent ainsi chacun des budgets dépensés de l’ordre du milliard de dollars à ce jour.

Les derniers prototypes de troisième ou quatrième génération portés par ces constructeurs ont fait l’objet d’une reprise totale de conception, permettant une intégration optimale de la technologie sans compromis sur les performances des véhicules (puissance, ergonomie, autonomie…).
Ces fabricants présentent désormais des feuilles de route particulièrement alignées, articulées autour de grands programmes de démonstration de prototypes à grande échelle (de l’ordre de la centaine de véhicules sur la période 2008-2010, puis du millier sur 2010-2013), tels que les programmes Driveway de GM aux Etats-Unis, ou B-Class F-Cell de Daimler. Ces programmes constituent également une excellente opportunité de développer des embryons d’infrastructure hydrogène, sous forme d’« autoroutes de l’hydrogène » (tel qu’en Californie ou en Allemagne).

Cette dynamique permet aujourd’hui d’envisager la commercialisation de véhicules hydrogène dès 2015 et d’apporter ainsi une réponse aux grands défis de la mobilité.

Retrouvez cet article dans le Flash n°6