L’hydrogène, un vecteur énergétique alternatif à l’électricité pour la mobilité lourde

« La crise du Covid-19 joue un rôle d’accélérateur : après l’électricité, l’Europe s’attaque à la décarbonation des transports et l’on sait désormais quelles technologies seront déployées à grande échelle. Le véhicule électrique à batterie s’impose ainsi pour la mobilité individuelle, mais il y a aussi des niches en complément pour l’hydrogène propre et le bioGNV (bus, camionnettes, camions de ramassage, fret routier lourd) », constate dans un communiqué Marc-Antoine Eyl-Mazzega, directeur du Centre Énergie & Climat de l’Ifri, co-auteur d’une récente étude réalisée avec La Fabrique de la Cité.

Logiquement, la mobilité hydrogène est l’un des grands axes du plan hydrogène, détaillé par le gouvernement. Avec 20 % des rejets de CO2, les transports sont en effet en ligne de mire.

Reste que pour les véhicules particuliers, le marché est encore loin, beaucoup plus loin que le marché électrique, qui avance à grands pas. Même si, le véhicule hydrogène est en réalité un véhicule électrique fonctionnant avec une pile à combustible qui consomme l’hydrogène pour produire de l’électricité et alimenter un moteur électrique identique à celui des véhicules électriques.

Néanmoins, cela implique un réservoir qui, pour l’heure, occupe un volume certain, malgré les avancées de ces dernières années en la matière, et freine le développement de la voiture particulière. Même s’il suffit de 4 à 5 kg d’hydrogène compressé (à 700 bar) pour alimenter un véhicule léger sur 500 à 600 km, le volume du réservoir demeure suffisamment important. C’est en effet un peu plus d’une centaine de litres si le gaz est uniquement comprimé, mais s’il est liquide (à -252.87°C et à 1 013 bar), il est possible de parvenir à 75 litres… Reste que le réservoir lui-même occupe un certain volume, peu compatible avec les besoins d’un véhicule particulier. En attendant le stockage sous forme solide, mais là nous en sommes encore au stade de la recherche.

Ce qui réserve à court terme l’hydrogène pour les véhicules utilitaires et les véhicules lourds, comme les camions (une dizaine de kg d’hydrogène par 100 km) ou les bus. Pour ces deux types de véhicules, la masse à embarquer sera ainsi de 4 à 5 fois celle nécessaire pour un véhicule léger pour les mêmes performances… Sans oublier les trains et le navires, qui peuvent, eux-aussi basculer plus rapidement à l’hydrogène.

C’est d’ailleurs ce que le plan hydrogène du gouvernement veut mettre en œuvre, en ciblant les transports collectifs et de marchandises fonctionnant à l’hydrogène (trains, poids-lourds, véhicules utilitaires légers, bennes à ordures ménagères, etc.) et en soutenant les projets territoriaux d’envergure. Le développement des technologies et composants clés se poursuivra notamment au travers de projets pilotes pour des navettes fluviales et des navires fonctionnant à l’hydrogène, ainsi que l’accélération des efforts d’innovation en faveur d’un avion décarboné à hydrogène dont l’entrée en service pourrait avoir lieu au cours de la décennie 2030, explique le gouvernement.

Produire, acheminer et distribuer

En présentant devant la presse les désirs de la profession à l’aune de la relance annoncée en juillet dernier, Philippe Boucly, le président du lobby hydrogène français estimait qu’une trajectoire de déploiement des solutions hydrogènes à hauteur de 700 000 tonnes d’hydrogène renouvelable ou bas carbone pour un marché global estimé à cette date à environ 1,35 million de tonnes était atteignable à l’horizon 2030.

Ceci nécessite la mise en œuvre, sur la période 2020-2030, de 7 GW d’électrolyseurs (57 000 tonnes par an), ainsi que d’unités de CCUS (capture et stockage du carbone) associés aux vapo-réformeurs (qui produiraient à partir de dérivés pétroliers 130 000 tonnes par an). Pour la partie mobilité, cela se traduirait en 2030, selon l’Aphypac, par un parc de 300 000 véhicules utilitaires légers et taxis (chiffres PFA), environ 5 000 poids lourds, 250 trains et un millier de bateaux, pour une consommation de 342 500 tonnes d’hydrogène.

Le lobby de l’hydrogène, désormais renommé France Hydrogène, a gagné cette partie, puisque le gouvernement a inscrit un développement de 6,7 GW d’électrolyseurs dans son plan hydrogène présenté en septembre. Voilà pour la partie production, pour autant que ces électrolyseurs produisent du courant à partir de sources vertes (plus de 45 TWh par an quand même).

D’autres problématiques demeurent : l’acheminement sur les sites de distribution… Et le réseau de distribution lui-même. Reste en effet à distribuer ce gaz. Les grands experts des gaz industriels, Air liquide ou Linde savent parfaitement le faire… Par train et par camion ! D’où l’idée de réaliser des productions décentralisées. Ce que savent faire des entreprises comme McPhy par exemple, en utilisant les surplus d’énergies renouvelables produites localement elles-aussi. C’est ce que met en place par exemple la Zero Emission Valley en Auvergne Rhône-Alpes, avec pour objectif un millier de véhicules, 20 stations, 15 électrolyseurs à horizon 2023.

La question se pose alors de la distribution. Afin de permettre un remplissage rapide du réservoir des véhicules se présentant « à la pompe » – moins de 5 minutes pour un véhicule léger et moins de 30 minutes pour un bus –, les stations de remplissage doivent disposer d’unités de compression performantes et de réservoirs de stockage de grande capacité, explique France Hydrogène. Pour permettre cela, un stockage à pression intermédiaire, voire à plus haute pression, et des pompes de transfert sont nécessaires. Utiliser un gaz refroidi lors de son transfert permet d’y remédier. Dans ces conditions, le transfert de 5 kg d’hydrogène sous 700 bars, ne dure que 4 à 5 minutes. Des entreprises comme McPhy mettent déjà en œuvre ces « pompes H2 », de même les grands du secteur, comme Air Liquide.

Reste que, comme pour le véhicules électriques, il faut disposer d’un réseau. Mi-2019, une trentaine de stations délivrant de l’hydrogène, d’accès privé ou public, en comprenant les distributeurs pour vélos à assistance électrique via pile H2, étaient ouvertes en France, dont presque le tiers en région parisienne, selon le site H2-mobile.fr, parrainé notamment par le producteur Air Liquide. C’est également le défi que doit permettre de relever le plan hydrogène, via un appel à projets (AAP) « Hub territoriaux d’hydrogène » qui sera lancé par l’Ademe (doté de 275 M€ d’ici 2023) pour le déploiement – par des consortiums réunissant des collectivités et des industriels fournisseurs de solutions – d’écosystèmes territoriaux de grande envergure regroupant différents usages (industrie et mobilité), pour favoriser au maximum des économies d’échelle.

Dans le cadre de la précédente stratégie hydrogène de la France de 2018, le Sipperec, l’un des grands syndicats d’énergie francilien, avait présenté le projet H2 IDF, lauréat du premier appel à projets « écosystèmes territoriaux de mobilité hydrogène ». Ce projet vise à produire de l’hydrogène renouvelable à partir de la cogénération de l’Unité de Valorisation Énergétique de Créteil (94), exploitée par Suez. Un électrolyseur a été installé sur le site pour produire 500 Kg d’hydrogène par jour, ainsi qu’un espace de stockage et une station de distribution. Les usages envisagés sont des bus avec Île-de-France Mobilités et des bennes à ordures ménagères avec l’EPT Grand Paris Sud Est Avenir, compétent en collecte des déchets.

Les avantages de l’hydrogène

• aucune pollution locale ;
• grande autonomie de fonctionnement, de l’ordre de 600 km ;
• performances routières équivalentes aux véhicules classiques, souplesse d’utilisation ;
• pas de vitesse à passer (moteur électrique) ;
• rapidité du « plein » d’hydrogène, en 3 à 5 minutes ;
• haut rendement de la chaîne de propulsion : pile à combustible et moteur électrique ;
• aucune pollution sonore