Le retour de la folie hydrogène 

Hydrogen by Scott Kidder (creative commons) (CC BY-NC-ND 2.0)

La France s’engagera-t-elle dans cette impasse énergétique et cette gabegie financière ?

Par Michel Gay.

Puisque la folie de l’hydrogène (H2) revient à la mode avec le plan de relance du gouvernement de septembre 2020 lui accordant 7 milliards d’euros d’ici 2030, voici quelques rappels qui risquent de refroidir les ardeurs.

Une civilisation hydrogène ?

Depuis cette annonce, les chasseurs de subventions se lèchent les babines devant ce pactole qu’il s’agit maintenant de s’accaparer au mieux avec des études et des projets pompes-à-fric plus mirifiques les uns que les autres pour faire croire que la France se dirige vers une future « civilisation hydrogène ».

À l’horizon 2035, le Réseau de transport d’électricité (RTE) envisagerait de remplacer par de l’H2 vert une partie seulement de l’H2 industriel (environ 40 %) déjà produit et utilisé dans la chimie. Celui-ci est aujourd’hui obtenu à partir du gaz naturel méthane par la technique du vaporeformage pour le raffinage du pétrole et la fabrication d’engrais principalement.

Son usage éventuel comme énergie dans la mobilité pour succéder au pétrole et au gaz n’est pas prévu avant 2050 au mieux.

Certes, pour le service rendu en termes d’autonomie (supérieure à 600 km) et de rapidité de ravitaillement (quelques minutes), le gaz hydrogène (H2) dit vert  pourrait être le meilleur moyen écologique d’électrifier les transports via une pile à combustible (PAC).

L’hydrogène est une énergie qui apparaît merveilleuse et futuriste pour succéder aux carburants fossiles (pétrole, gaz, charbon) dans la mobilité et le chauffage depuis… plus d’un siècle !

En effet, l’hydrogène vert est extrait de l’eau (H2O) avec de l’électricité. En pratique, 11 litres d’eau (ou 11 kg) sont nécessaires pour produire 1 kg d’hydrogène qui permet de parcourir environ 100 km avec une PAC dans une voiture moyenne. L’eau ne manque pas en Europe, et l’électricité verte peut être produite grâce au vent et au soleil intermittents ainsi qu’à l’uranium, tous disponibles pour des millénaires.

Après avoir brûlé le gaz hydrogène pour se chauffer, ou l’avoir retransformé en électricité dans une PAC, il se recombine avec l’oxygène de l’air pour redonner… de l’eau. Extraordinaire !

Quoi de plus simple, de plus propre et de plus écologique ?

Ce serait donc une énergie non polluante disponible en quantité inépuisable.

Pourquoi ne pas y avoir pensé plus tôt ?

D’où vient l’hydrogène ?

L’hydrogène n’est pas une source d’énergie disponible à l’état naturel sur Terre, sauf sous forme diffuse et inexploitable.

Pour des raisons de coûts, ce gaz est aujourd’hui extrait industriellement du pétrole, du charbon, et surtout du gaz naturel (méthane) qu’il est censé remplacer.

Bien entendu, le gaz hydrogène n’est un vecteur d’énergie formidable que s’il est extrait… de l’eau !

Pour produire l’hydrogène vert nécessaire chaque année pour succéder, même partiellement, au pétrole et au gaz dans les transports, la seule solution viable actuellement parmi de nombreux procédés, est selon RTE l’électrolyse de l’eau qui nécessite de produire en amont une électricité décarbonée, abondante, et bon marché.

Mais ce procédé entraîne une perte de 50 % d’énergie pour obtenir de l’hydrogène à 700 fois la pression atmosphérique (700 bars), et jusqu’à 60 % pour obtenir de l’hydrogène liquide (à moins 253°C), à partir de l’électricité initiale.

Puis une nouvelle perte de 50 % intervient pour transformer l’H2 en électricité dans une PAC.

Le rendement global de la production d’électricité initiale jusqu’à l’énergie mécanique fournie « aux roues » en y incluant les pertes diverses (transports, stockages,…) est donc inférieur à 25 % (il y a plus de 75 % de pertes).

Pour 100 kWh d’électricité produite, le « système hydrogène » en restitue moins de 25 kWh.

Le coût de l’électricité à la sortie d’une PAC est donc au minimum quatre fois plus élevé que le prix de l’électricité à l’entrée. Sans compter l’amortissement du coût important des électrolyseurs et de la PAC qui peut doubler le prix de vente alors que, dans les mêmes conditions, le « système batterie » en restitue 75 kWh.

Pour remplacer l’importation annuelle des 50 millions de tonnes de pétrole pour la mobilité en France par de l’hydrogène vert obtenu par électrolyse, il sera nécessaire de produire 600 térawattheures (TWh) d’électricité, en plus des 500 TWh produits annuellement aujourd’hui sur le territoire national, dont 400 TWh par le parc nucléaire.

Il faudrait donc au minimum doubler le parc nucléaire qui est la seule source d’énergie capable de fournir massivement l’électricité nécessaire à cette électrolyse si le pétrole, le gaz et le charbon font défaut.

Dans les véhicules ?

L’hydrogène liquide a été abandonné pour les voitures particulières après diverses tentatives car il est difficile à conserver à moins 253°C (fuites importantes par bouillonnement permanent dans un contenant isolant et volumineux).

Pour parcourir plus de 600 km en véhicule, le meilleur compromis aujourd’hui est le réservoir d’hydrogène comprimé à 700 bars, associé à une PAC et une petite batterie tampon d’une quinzaine de kilowattheures (kWh), comme dans la Nexo de Hyundai par exemple, dont le prix de vente est d’environ 70 000 euros. Un tel réservoir occupe un volume de 35 litres et pèse 18 kg par kg d’hydrogène contenu.

Pour la mobilité, un kg d’hydrogène équivaut à environ 7,5 litres d’essence en énergie mécanique aux roues.

En effet, le rendement de l’énergie mécanique fournie aux roues par l’hydrogène, depuis le réservoir via une PAC, est deux fois supérieur (environ 50 %) à celui de l’essence dans un moteur à explosion (environ 25 %).

Donc, un kg d’hydrogène contenant 33 kWh « chaleur » fournit la même quantité d’énergie mécanique aux roues (17 kWh) pour mouvoir le véhicule via l’électricité produite par la PAC que 7,5 litres d’essence contenant 68 kWh « chaleur » via le moteur à explosion.

Il en résulte que le réservoir d’une voiture contenant 10 kg d’hydrogène (permettant de parcourir environ 800 km avec une consommation de 1,2 kg d’hydrogène par 100 km) représente un volume de 350 litres et pèse 180 kg. Il est donc près de six fois plus gros que le réservoir d’essence (350 litres au lieu de 60 litres) et trois fois plus lourd (180 kg au lieu de 60 kg).

Mais d’autres inconvénients sont plus ennuyeux, voire rédhibitoires.

L’hydrogène est difficile à utiliser, coûteux et dangereux

L’usage du gaz hydrogène en tant qu’énergie est quasiment inexistant au niveau mondial (1 % pour les fusées) car il est difficile à manier, conditionner, transporter, stocker…

Il est aussi coûteux à exploiter et son pouvoir explosif élevé le rend très dangereux.

L’économie hydrogène vert en tant que vecteur énergétique ne délivre à l’utilisateur final que 10 à 25 % de l’énergie initialement produite. Il faudra vraiment avoir un besoin impératif d’hydrogène décarboné pour gaspiller autant d’énergie et donc d’argent pour se déplacer et se chauffer.

Dans ces conditions, en dehors d’opérations publicitaires ciblées et de projets expérimentaux parfois bidons subventionnés par les contribuables, l’hydrogène ne succèdera ni au pétrole ni au gaz naturel (méthane) tant que ces derniers seront disponibles, c’est-à-dire pendant encore un siècle au moins.

La France s’engagera-t-elle dans cette impasse énergétique et cette gabegie financière ?

En tant qu’énergie pour succéder aux énergies fossiles, et malgré son aspect séduisant, le gaz hydrogène vert issu de l’électricité renouvelable et nucléaire est une folle solution d’avenir qui le restera longtemps si les Français et les Européens ne veulent pas se ruiner.

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