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Quelle place pour la mobilité hydrogène ?

Moins médi­atisé que les solu­tions de mobil­ité élec­trique avec bat­ter­ies, l’hydrogène est pour­tant bien présent dans les trans­ports, avec des usages pos­si­bles tou­jours plus nom­breux et con­crets. Pour autant, il sem­ble se trou­ver moins dans les solu­tions indi­vidu­elles que dans les solu­tions lour­des : camions, bus, tramways ou encore navires.

La bataille entre voitures élec­triques ali­men­tées par bat­ter­ies ou par piles à com­bustible hydrogène tourne indé­ni­able­ment en faveur des pre­mières. L’autonomie des véhicules élec­triques avec bat­terie s’améliore année après année, avec, pour des mod­èles de petite taille, le cap des 300 à 400 km réels franchi cet été. L’infrastructure élec­trique est déjà présente dans tous les foy­ers et ne néces­site qu’un adap­ta­teur. Les bornes de recharge se déploient égale­ment rapi­de­ment, même si le réseau n’a pas encore atteint une échelle opti­male. Les solu­tions de véhicules par­ti­c­uliers ali­men­tés par des piles à com­bustible, à l’inverse, sem­blent avoir cinq ans de retard. Les sta­tions de recharge, rares et coû­teuses, néces­si­tent une volon­té poli­tique affir­mée. Or inve­stir sur les deux seg­ments en même temps est coû­teux et les pou­voirs publics de la plu­part des États pri­orisent désor­mais la piste électrique.

La mobil­ité hydrogène n’est pas morte pour autant. D’abord, et même s’il sem­ble avoir revu ses ambi­tions à la baisse, le Japon parie encore sur sa « société hydrogène ». Ce pari, con­jugué à la force de ses entre­pris­es qui ont déjà mis en cir­cu­la­tion des véhicules à pile à com­bustible, pour­rait provo­quer une cer­taine ému­la­tion. Surtout, l’intégration des éner­gies renou­ve­lables et la néces­sité d’équilibrer le réseau offrent à l’hydrogène un rôle d’avenir, en con­cur­rence avec les bat­ter­ies chim­iques, via le Pow­er-to-Gas. L’existence de ces solu­tions, qui se dévelop­pent notam­ment en Europe et en Asie, garan­tit un cadre de pro­duc­tion décar­boné d’un hydrogène qui fait actuelle­ment défaut. Enfin, la mobil­ité hydrogène ne s’arrête pas aux voitures indi­vidu­elles et le poids des bat­ter­ies rend actuelle­ment leur usage com­pliqué pour cer­tains véhicules, là où les solu­tions à pile à com­bustible s’en tirent mieux, sans par­ler de l’avantage d’un temps de recharge bien plus rapi­de – quelques min­utes con­tre une demi-heure au min­i­mum. L’hydrogène pour­rait donc avoir un rôle à jouer, com­plé­men­taire, dans la mobil­ité de demain et dans la con­struc­tion d’une économie et d’un mod­èle de développe­ment bas car­bone. Plusieurs pistes, promet­teuses, sont en effet déjà ouvertes.

La mobil­ité « lourde  » comme hori­zon

Pour le prési­dent de l’AFHYPAC et PDG de McPhy Ener­gy, Pas­cal Mauberg­er, inter­rogé par Green Inno­va­tion, « l’hydrogène se posi­tionne comme une solu­tion par­ti­c­ulière­ment adap­tée aux véhicules lourds, au-delà de 3,5 t, que ce soient des bus ou des camions ». De fait, c’est dans ce type de trans­ports que les pro­jets sont les plus nom­breux et surtout les plus prometteurs.

Le rail est aus­si intéressé par l’hydrogène. Le 27 avril 2016, le pre­mier tramway hybride à hydrogène est ain­si sor­ti de la ligne d’assemblage de l’usine chi­noise de la Tang­shan Rail­way Vehi­cle Com­pa­ny. Ce tramway, com­posé de deux moteurs, d’une remorque et de trois voitures, a l’avantage de ne pas néces­siter de caté­naires ou d’alimentation par le sol. Ses sys­tèmes de propul­sion et de chauffage sont ali­men­tés par des piles à com­bustible. L’électricité est stock­ée dans des super­con­den­sa­teurs embar­qués qui per­me­t­tent de recharg­er la bat­terie en seule­ment quinze min­utes. Le tramway peut ain­si par­courir 40 km à une vitesse avoisi­nant 70 km/h.

L’aspect « lourd » ne se lim­ite toute­fois pas au cadre ter­restre puisque le trans­port mar­itime et flu­vial s’intéresse aus­si aux solu­tions hydrogène. Nantes a ain­si lancé cet été le NavHy­Bus, une navette flu­viale ali­men­tée par une pile à com­bustible. La pêche aus­si est intéressée. Depuis 2014, FIL­HyPyNE, un bateau de pêche de 12 mètres propul­sé par un moteur élec­trique ali­men­té par une pile à com­bustible et des bat­ter­ies, y est en test.

En fin de compte, le grand intérêt de l’hydrogène pour ces solu­tions « lour­des » réside dans le temps de recharge réduit qu’il requiert. Quelques min­utes suff­isent pour recharg­er un poids lourd, là où il faudrait plusieurs heures sur une borne de recharge élec­trique à puis­sance moyenne ou basse. C’est donc sur les flottes de bus que l’avenir pour­rait être le plus intéres­sant et con­stituer un déclencheur appro­prié, car, dans ce cadre, l’autonomie per­mise par l’hydrogène con­stitue un atout de taille. La Chine ne s’y trompe pas puisqu’elle a mis en place plusieurs lignes de bus ali­men­tés par des piles à combustible.

Pas­cal Mauberg­er le con­cède lui-même, la prin­ci­pale lim­ite pour l’hydrogène en tant que solu­tion pour les trans­ports tient dans le coût de l’infrastructure et leur trop faible fréquen­ta­tion. Selon lui, il est néces­saire d’enclencher une démarche pos­i­tive dans ce sens, qui peut pass­er par le déploiement simul­tané de véhicules et d’infrastructures à tra­vers des flottes (entre­pris­es, taxis, util­i­taires, ser­vices tech­niques). Tous ces véhicules ayant besoin de cir­culer dans des zones dens­es, les coûts d’infrastructure d’une sta­tion de recharge peu­vent être partagés.

La mobil­ité hydrogène douce en question

La pile à com­bustible peut être de très petite taille et la valeur énergé­tique des molécules de dihy­drogène rend des solu­tions nomades et minia­tur­isées envis­age­ables. C’est dans cette voie que cer­tains con­struc­teurs se sont lancés. La jeune entre­prise française Prag­ma Indus­tries a ain­si mis au point un vélo à assis­tance élec­trique util­isant l’hydrogène en guise de source énergé­tique. Bap­tisé Alpha, ce vélo avant-gardiste dis­pose d’une pile à com­bustible inté­grée et d’une petite bon­bonne d’hydrogène qui lui donne une autonomie d’une cen­taine de kilo­mètres et peut se recharg­er en une minute. Le prix reste cepen­dant élevé, puisque chaque vélo coûte actuelle­ment 5 000 euros, aux­quels il faut ajouter l’investissement dans l’infrastructure de recharge. Pour Pas­cal Mauberg­er, c’est juste­ment ce besoin d’infrastructures de recharge qui lim­ite sérieuse­ment le poten­tiel de cette solu­tion face aux solu­tions avec bat­terie, même s’il con­sid­ère qu’en ville le prob­lème est moins présent.

Dans le seg­ment voisin des scoot­ers, la société suisse Aaqius a mis au point des car­touch­es por­ta­tives d’hydrogène solide. Il suf­fit d’insérer la recharge dans l’emplacement prévu à cet effet dans le deux-roues pour lui assur­er 50 km d’autonomie. Cette tech­nolo­gie pour­rait à terme être éten­due aux véhicules élec­triques avec bat­ter­ies pour pro­longer leur autonomie de 200 km. L’intérêt de cette solu­tion réside de sur­croît dans le car­ac­tère solide de l’hydrogène stocké, ce qui lim­ite les dan­gers d’explosion.

Le car­ac­tère minia­tur­is­able des piles à com­bustible est si élevé que l’entreprise bri­tan­nique Intel­li­gent Ener­gy a mis au point en 2015 un pro­to­type d’iPhone embar­quant une pile à com­bustible hydrogène, de quoi le faire fonc­tion­ner une semaine sans recharge. Cette inno­va­tion mon­tre que l’hydrogène pour­rait aus­si s’insérer dans des solu­tions de trans­port inat­ten­dues, pourquoi pas, par exem­ple, pour de futurs drones de livrai­son. L’entreprise a d’ailleurs lancé un pre­mier drone hydrogène en mars.

Le Pow­er-to-Gas, un com­plé­ment indis­pens­able pour l’avenir du trans­port hydrogène

Il est raisonnable de penser que l’avenir du vecteur hydrogène est con­di­tion­né par l’adoption du Pow­er-to-Gas, à savoir le fait de stock­er de l’électricité sous forme d’hydrogène par élec­trol­yse. Cette solu­tion, en plein développe­ment en Europe et ailleurs dans le monde, s’inscrit en effet comme une manière adéquate et per­for­mante pour équili­br­er les réseaux élec­triques, de plus en plus dif­fi­ciles à gér­er en rai­son des parts tou­jours plus grandes de sources de pro­duc­tion inter­mit­tentes – éoli­ennes et solaires prin­ci­pale­ment – dans les mix de pro­duc­tion élec­trique à l’échelle mon­di­ale. Con­crète­ment, lorsque l’offre de pro­duc­tion élec­trique est trop impor­tante et qu’il n’est pas pos­si­ble de couper une par­tie de ces sources de pro­duc­tion, des unités de pro­duc­tion par élec­trol­yse fab­riquent de l’hydrogène, absorbant ain­si l’électricité en excès. À l’inverse, lorsque la demande est trop forte et que l’offre ne peut pas suiv­re, plutôt que de ris­quer le black-out, on utilis­era cet hydrogène pour pro­duire de l’électricité grâce à des piles à com­bustible. Cette tech­nique peut être envis­agée, comme pour les solu­tions avec bat­ter­ies, à l’échelle d’une ville, d’un quarti­er, ou même d’une mai­son, même si cette dernière solu­tion n’a pas encore de rentabil­ité à l’horizon.

De nom­breuses solu­tions de Pow­er-to-Gas sont actuelle­ment dévelop­pées en Europe et en Chine. C’est le cas de la cen­trale E.ON de Falken­hagen, dans l’ouest de l’Allemagne, où un mégawatt est cap­té sur le réseau élec­trique pour le trans­former en hydrogène, d’autres pro­jets exis­tant dans ce pays. En Chine, un pro­jet de 4 MW est égale­ment en développe­ment. Il con­cerne un parc éolien de 200 MW, dont, à terme, 10 MW seront trans­for­més en hydrogène, par­mi lesquels qua­tre ont été attribués à l’entreprise française McPhy Ener­gy. La France n’est pas en reste puisque, en jan­vi­er 2014, un pre­mier pro­jet a été lancé à Dunkerque. Bap­tisé GRHYD, il est porté par le CRIGEN, le départe­ment de recherche d’Engie. Son développe­ment s’accompagne d’un démon­stra­teur sur les trans­ports, avec une sta­tion de bus GNV adap­tée au mélange hydrogène-gaz naturel, d’abord à hau­teur de 6 % puis de 20 % d’hydrogène. Enfin, le 30 mars, Thier­ry Trou­vé, directeur général de GRT Gaz, a lancé un pro­jet de 1 MW à Fos-sur-Mer. La Com­pag­nie nationale du Rhône y four­nit l’électricité trans­for­mée en hydrogène avec deux élec­trol­y­seurs. Une par­tie sera directe­ment injec­tée sur le réseau de gaz et une autre sera trans­for­mée en méthane de syn­thèse et injec­tée directe­ment sur le réseau.

En défini­tive, nous explique Pas­cal Mauberg­er, « l’hydrogène doit se con­cevoir dans cette approche holis­tique sur tout ce qui est sta­bil­i­sa­tion et équili­brage des réseaux ». Pour le prési­dent de l’AFHYPAC, l’hydrogène a pour avan­tage de pro­pos­er du stock­age de « long terme » là où les bat­ter­ies ont des « prob­lèmes d’autodécharge, de coût et de vol­ume occupé ». Au regard des enjeux, une ques­tion demeure cepen­dant. La France, qui dis­pose d’un parc de pro­duc­tion élec­trique décar­boné, avec une pro­duc­tion nucléaire mod­ulée la nuit, n’utilise pas ce poten­tiel pour pro­duire de l’hydrogène lors des péri­odes con­cernées. Cette pro­duc­tion pour­rait pour­tant attein­dre annuelle­ment plusieurs térawattheures.

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