​L’hydrogène continue sa percée

30 Janvier 2015
Yves Garipuy
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La pression croissante des climatologues nous pousse vers l’abandon des énergies fossiles. En première priorité, il faut abandonner le charbon, principal émetteur de CO2. Mais aussi gros pollueur, avec des effluents cancérigènes. La Chine est en première ligne de ce combat (le 14 janvier 2015, la pollution était telle à Pékin qu’il fallait allumer les phares en plein jour !), sans qu’il y ait de solution évidente : les énergies renouvelables, par exemple, ont montré en Allemagne qu’elles étaient une fausse solution. Après dix ans d’ « Energiewende », transition énergétique, et 500 milliards d’euros de dépensés, la part des énergies renouvelables plafonne en Allemagne à 13%... et le taux de CO2 augmente.

Remplacer le pétrole

Sur ce plan, la France est un des pays les plus vertueux, grâce à ses centrales nucléaires, pourtant décriées par les écologistes, mais, miracle, il semble qu’en France la raison veuille l’emporter sur l’idéologie, puisque notre ministre de l’écologie, Ségolène Royal, est maintenant favorable au développement du nucléaire. Le deuxième gros émetteur de gaz carbonique est le pétrole. La solution de remplacement officielle, les batteries électriques au lithium, manifestement ne plait pas. On a beau multiplier les rabais et bornes de chargement, l’utilisation de ces voitures reste limitée à une faible part du transport urbain (en France, les ventes de voitures électriques en 2014 n’ont représenté que 0,59% du total). Et la crainte pour le conducteur d’une panne sèche inopinée, avec appel obligatoire à une dépanneuse, est dissuasive.
 
C’est l’échec des grandes ambitions pour  cette solution qui aujourd’hui pousse l’hydrogène, dont l’autonomie et le mode de remplissage du réservoir de carburant sont très voisins de la pratique actuelle. Il y a deux ans, nous vous parlions déjà de cette alternative dans un article intitulé « Voiture à hydrogène : c’est parti ! » Depuis la situation a progressé.En France, qui va accueillir cette année la conférence sur le climat, les autorités se démènent pour pouvoir présenter des solutions concrètes. François Hollande a notamment reçu Pascal Mauberger, président de l'Association française pour l'Hydrogène et les Piles à Combustibles (Afhypac).

Des évolutions encourageantes

Deux évènements récents marquent la progression de la voiture à hydrogène :
 
1. La sortie par Toyota d’une voiture grand public fonctionnant à l’hydrogène, la Miraï. Simultanément, Toyota rend gratuit l'accès à plus de 5 600 de ses brevets sur la voiture à hydrogène. Ceci dans le but de favoriser l’essor de cette technologie.
 
2. La validation par le CEA d’un système de production d’hydrogène par électrolyse de la vapeur d’eau à haute température de performances exceptionnelles, puisque son rendement atteint 90%, soit 3,9 kWh/Nm3 d’hydrogène. En mettant à jour avec cette donnée le calcul du prix de l’équivalent du litre d’essence à la pompe, on obtient :

1 litre essence = 3107 litres H                                                        12,12 kWh
            Compression à 700 bars 10%                                                13,33 kWh
            Tarif vert EDF moyen: 0,0516 €/kWh                                      0,687 €/l
            Amortissement électrolyseur et station                                0,11  €/l
            Total Hors Taxes                                                                    0,797 €/l 
            TVA                                                                                        0,16  €/l
            TIPP                                                                                        0,61  €/l
            Marge                                                                                     0,08  €/l
            Total TTC                                                                                1,65  €/l

A comparer aux 1,33 €/l actuels (mais aussi aux 1,70 €/l d’il y a trois mois). Notons que la baisse actuelle du prix de l’essence est due principalement à la production de pétrole de schiste des Etats Unis (avec des possibilités de stockage limitées, l’élasticité des prix du pétrole est forte, et tout déséquilibre entre l’offre et la demande se traduit par de grosses variations de prix); il se dit que c’est l’Arabie Saoudite qui, en produisant au maximum actuellement, cherche à couler le pétrole de schiste américain, en prenant sa place, car au prix du marché actuel, les producteurs de pétrole de schiste perdent de l’argent. De toute façon, cette production a un caractère temporaire: on prévoit qu’elle soit épuisée dans 10 ans, alors que bon an, mal an, la consommation de pétrole continue à croitre chaque année, et que la production des forages traditionnels continue elle à décroître.

Le prix de l’hydrogène devrait rester stable

Le prix de l’hydrogène, qui est produit par électrolyse, ne dépendra que du prix de l’électricité, dont les fondamentaux ne devraient pas varier dans l’avenir. Le nouvel électrolyseur du CEA est relativement compact : taille d’un réfrigérateur pour une production de 0,7 l/h d’équivalent essence (ce qui permettrait, en l’installant dans son garage, de se limiter à un remplissage nocturne du réservoir, dans la majorité des cas).
 
Il faudra aussi équiper les stations-service en hydrogène. Dans ce secteur, Air Liquide est de loin leader mondial. L’Allemagne prévoit d’équiper l’ensemble  de son territoire d’ici 2023. Quant à la France, elle mise toujours sur la voiture  électrique seulement. La France a la chance de pouvoir augmenter sa production électrique à un prix compétitif et sans émission de CO2, grâce au nucléaire. Pourquoi ne deviendrait-elle pas un leader dans l’hydrogène dont la matière première est l’électricité ?

Des difficultés persistent

Il reste cependant une épineuse question à résoudre : la Miraï devrait être bientôt disponible en Allemagne au prix prohibitif de 66 000 euros. Ce prix provient de celui de la pile à combustible (PAC) de ce véhicule, qui fonctionne comme une voiture électrique. La PAC utilise la technique PEM (Proton Exchange Membrane), qui inclut deux composants très coûteux : le polymère qui réalise la séparation protonique, et le platine qui sert de catalyseur. Malgré les multiples études menées depuis longtemps par les principales firmes automobiles (et aussi par le CEA), les prix de la PAC restent trop élevés. On se demande alors pourquoi les industriels s’épuisent dans cette voie, alors que BMW avait essayé la solution moteur thermique, en testant en utilisation réelle pendant 3 ans 11 BMW série 7 modifiées bi-carburant, essence et hydrogène, ainsi qu’un prototype de moteur diesel modifié pour l’hydrogène par ajout d’une bougie d’allumage, avec un rendement équivalent au turbo-diesel. Ces essais se sont semble-t-il bien déroulés, et on ne sait pas pourquoi BMW a interrompu ce développement (sans doute estimaient-ils plus attractif une motorisation électrique, en espérant régler les problèmes de coût de la PAC). Un  moteur thermique, très voisin des moteurs actuels, aurait un coût de revient nettement inférieur à la solution PAC, ce qui permettrait de développer très rapidement une gamme à hydrogène à des prix comparables aux prix actuels : peut-être une bonne niche pour les constructeurs français ?
 
Une autre difficulté doit être mentionnée : les électrolyseurs alcalins (c’est la technologie la plus utilisée, car la moins coûteuse) ne peuvent fonctionner correctement avec l’électricité irrégulière produite par les énergies renouvelables (photovoltaïque et éolien), car il y aurait alors un problème de pureté de l’hydrogène. Il faut pour cette électricité dite « verte » utiliser des électrolyseurs à technologie PEM, qui sont des PAC inverses, avec les mêmes composants … donc les mêmes coûts. Pour un pays comme l’Allemagne, il est presqu’obligatoire d’utiliser l’électricité d’origine renouvelable (pas de nucléaire), avec un coût de production doublement majoré (éolien marin très coûteux, et électrolyse PEM), donc un coût de l’hydrogène qui serait au moins le double de l’hydrogène français, qui proviendrait lui de centrales nucléaires et d’électrolyseurs alcalins.  Et des voitures à 10 000€ en France, contre 60 000€ (actuellement) en Allemagne. Une franche disparité. Il est temps maintenant, que l’Etat français et les industriels concernés se prononcent.


Yves Garipuy

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