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L'hydrogène arrive...

Dossier - Pile à combustible - La fée hydrogène : l'énergie de demain ?
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Pour la voiture propre de demain, on envisage l'avènement d'une véritable "économie de l'hydrogène", car cet élément, inépuisable à l'échelle de la planète, peut devenir un vecteur énergétique aussi important que l'électricité.

  
DossiersPile à combustible - La fée hydrogène : l'énergie de demain ?
 

Depuis près de deux ans, le concept de l'économie de l'hydrogène est devenu l'un des fondements majeurs autour duquel l'Union européenne axe l'ensemble de sa politique énergétique durable pour les prochaines décennies.

Pourquoi cette option centrale, qui implique aussi toute la recherche sur l'énergie, s'impose-t-elle avec autant de force ?

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Pour un budget de 54 millions €, dont près de 18 millions € apportés par l'Union, un projet européen de démonstration particulièrement ambitieux, baptisé Cute (Clean Urban Transport for Europe), fédère un large consortium de près d'une trentaine de participants. Il rassemble des développeurs de piles à combustible, des constructeurs de véhicules, des industries de la filière hydrogène, des opérateurs de transports urbains et des autorités municipales. Objectif : mettre en service, en condition réelle, une flotte de 27 prototypes de bus à hydrogène, propres et silencieux, dans les réseaux de transport public de neuf cités européennes. Les infrastructures d'approvisionnement ont été construites en 2003 et les premiers bus livrés dans plusieurs villes. Des "essais" ont commencé à Porto, Madrid, Stockholm, Stuttgart et Londres. Un autre projet de démonstration appelé Ectos est en cours à Reykjavik (Islande) où trois bus circulent et sont ravitaillés par de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables.

Il y a une dizaine d'années, c'était au plus une "alternative encore lointaine", une "perspective du futur". L'accent n'était d'ailleurs pas tellement mis sur l'hydrogène en tant que tel, mais bien sur la "pile à combustible". Cette option technologique, jusque là peu familière du grand public, était principalement présentée comme la formule susceptible de faire rouler, de façon totalement propre, les "voitures de demain".

  • Le temps de l'auto électrique

C'était l'époque où il devenait assez évident que le "tout fossile" en matière de transport - et à d'autres usages - aurait une fin. A plus ou moins longue échéance, les ressources s'épuiseraient et la menace du changement climatique commencerait à être prise au sérieux.

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La première alternative développée a été la voiture électrique - en version "pure" ou en version hybride -, dotée de batteries rechargeables. Beaucoup de recherches ont été - et sont toujours - menées dans cette voie et ont amené des progrès significatifs. Diverses flottes de véhicules sortis de cette filière circulent aujourd'hui. Particulièrement appropriée pour la lutte contre la pollution en milieu urbain, cette génération de la voiture électrique à 100% se heurte cependant aux limites de son autonomie et à la lourdeur des opérations de recharge. Une large préférence est donc donnée aux véhicules hybrides, certes intéressants à bien des égards, mais qui ne peuvent que diminuer - et non supprimer - la dépendance aux combustibles pétroliers.

  • Virage vers les PaC

Par rapport aux accumulateurs rechargeables, la pile à combustible (PaC) s'est dès lors renforcée comme une alternative résolument séduisante. Le principe, connu depuis des lustres, est presque trop beau pour être vrai. De l'hydrogène, combiné à l'oxygène de l'air ambiant, produit du courant capable d'alimenter le moteur d'un véhicule. En lieu et place des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, le résidu est de l'eau et un peu de chaleur... Taux d'émission théorique en CO2 et autres polluants nuisibles à l'environnement et à la santé : zéro. Ces piles cumulent deux autres avantages appréciables : haut rendement énergétique et absence de nuisance sonore.

Au cours des années '90, l'impulsion donnée au développement des PaC, centrée principalement sur la filière automobile très impliquée dans ce mouvement, s'est ainsi considérablement amplifiée. En Europe, aux Etats-Unis, au Canada et au Japon, des programmes publics ont financé des contrats associant des organismes de recherche et des entreprises. Ainsi, à la fin de la décennie '90, les deux grands projets européens Fever (emmené par Renault et Volvo) et Hydro-Gen (PSA-Peugeot-Citroën) ont débouché sur la présentation des premières "voitures-prototypes à PaC", dotées de performances routières convaincantes. Parallèlement, DaimlerChrysler et Opel-GM ont également élaboré leur programme intensif de démonstration avec leurs modèles respectifs Necar et HydroGen.

La sortie de ces prototypes a un immense mérite : ceux-ci démontrent que les potentialités de la filière PaC sont bien réelles. En même temps, ces réussites donnent à voir le gap immense qui sépare un tel concept innovant de son application étendue. Car, dans les structures énergétiques actuelles de la société où le pétrole est roi, ces voitures de demain ne peuvent que rester des "curiosités" non commerciales. Une véritable mutation, beaucoup plus globale, est nécessaire si l'on veut donner à cette nouvelle génération de véhicules la moindre chance de pénétrer un jour le marché.

  • L'hydrogène entre en scène

La problématique des piles à combustible a ainsi commencé à embrasser une approche inédite et renouvelée de l'ensemble de l'équation énergétique du monde contemporain. Un nouveau concept global a surgi : celui de l'économie de l'hydrogène. A partir de 2002, les responsables de l'Union en feront un véritable cheval de bataille d'une politique européenne de l'énergie durable.

Qu'est-ce qui motive et que recouvre un tel axe stratégique ? Ressource "élémentaire" particulièrement abondante à l'échelle de notre planète - non seulement dans l'immensité de ses eaux océaniques et fluviales, mais aussi dans l'ensemble du monde organique, depuis la biomasse jusqu'aux hydrocarbures eux-mêmes -, l'hydrogène apparaît potentiellement comme une gigantesque manne à haute capacité de libération d'énergie. Face au lancinant problème climatique qui taraude aujourd'hui la société humaine, sa mise en valeur massive permettrait de faire chuter de façon drastique les émissions de CO2

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Mais l'hydrogène n'en reste pas moins une ressource paradoxale. Il n'existe nulle part sur Terre à l'état isolé. Il faut donc d'abord le produire, moyennant le recours à d'autres sources énergétiques primaires. Deux procédés pour ce faire sont déjà accessibles : on peut, d'une part, extraire l'hydrogène des ressources fossiles, tout en capturant et séquestrant les émissions de CO2 ; d'autre part, il peut aussi être obtenu en procédant à l'électrolyse de l'eau. Une fois produit, l'hydrogène peut ensuite être stocké et transporté. Ces opérations, dont la faisabilité est déjà établie, exigent de nombreuses adaptations.

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Un atout primordial de l'hydrogène est la perspective de pouvoir en disposer de manière proprement inépuisable. L'eau est, en effet, l'un de ses réservoirs majeurs. Pour l'en extraire, il faut cependant passer par le biais de l'électrolyse, c'est-à-dire par une fourniture d'énergie électrique. Loin d'être un handicap, cette étroite alliance hydrogène-électricité, incluant le stade amont, est susceptible de changer du tout au tout l'équation énergétique de demain. Leur synergie ouvre une voie royale à l'exploitation des énergies renouvelables fluctuantes - le vent, le soleil et les vagues. Celles-ci, par nature, butent sur une énorme difficulté à s'intégrer dans l'approvisionnement électrique actuel où l'offre doit sans cesse répondre à l'immédiateté de la demande. Leur utilisation dans l'économie de l'hydrogène, où elles pourraient être stockées, peut lever cet obstacle et constituer un marché susceptible de rentabiliser efficacement ces ressources précieuses.

  • D'une fée à l'autre

C'est dès lors sur les avantages de cet enchaînement production-stockage-transport que se fonde la perspective innovante de l'économie de l'hydrogène. Dans cette approche, l'hydrogène n'est plus considéré comme un carburant direct (tel qu'il l'est dans les fusées ou lorsqu'il alimente un moteur à combustion interne), mais, bien plus largement, comme un nouveau vecteur énergétique.

Il est en cela comparable au vecteur universel par lequel transite une quantité essentielle de nos approvisionnements en énergie, à savoir l'électricité. Produite dans des centrales, celle-ci "se rend", via des câbles, sur des lieux de consommation. Révolution déterminante dans l'histoire technologique de l'humanité, ne l'avait-on, à ses débuts, baptisée la Fée Electricité?

De la même manière, l'hydrogène obtenu dans des unités de production peut être acheminé par pipelines ou par camions-citernes. Mais, en outre, la possibilité de le stocker, avant ou après transport, représente une supériorité décisive sur l'électricité, qui (en dehors des batteries rapidement épuisables et d'assez faible capacité) est mise en circulation dans le réseau de distribution et consommée dès l'instant où elle est produite. Pour les véhicules, son stockage d'attente peut ainsi avoir lieu dans des "stations-services" où il est ensuite délivré "à la pompe", comme l'essence ou le diesel(1). Embarqué dans leur réservoir, le vecteur hydrogène peut alors alimenter les piles à combustible de bord pour produire le courant nécessaire à des véhicules équipés de moteurs électriques. La nouvelle Fée Hydrogène amène en quelque sorte du courant sans fil.

La description de cette chaîne vectorielle explique pourquoi, désormais, les résultats prometteurs des PaC ne peuvent que se conjuguer avec une approche très ambitieuse fondée sur cette nouvelle économie de l'hydrogène radicalement mutante. Les constructeurs automobiles, objectivement séduits par cette révolution technologique, ne peuvent, en effet, aller de l'avant que si tout un système global de production, de distribution et d'utilisation se met progressivement en place. Celui-ci doit être pensé et mis au point en termes de recherche, puis testé et réalisé au prix d'énormes investissements concertés.

Les conséquences d'un tel développement infrastructurel dépasseraient largement le seul domaine des transports. A une échelle embrassant l'ensemble des besoins énergétiques de la société, la Fée Hydrogène deviendrait alors l'alliée décentralisatrice de la Fée Electricité... Les recherches actuelles étudient déjà des prototypes de piles à combustible stationnaires de grande dimension. Celles-ci peuvent satisfaire, de façon délocalisée, une vaste demande industrielle, agricole, tertiaire ou résidentielle en électricité - ainsi qu'en chaleur (via la cogénération) et en énergie mécanique.

Les dimensions et les retombées de cette nouvelle économie - sans rapport avec la bulle virtuelle d'Internet qui fit long feu aux alentours de l'année 2000 - constituent donc un enjeu énorme. Mûri en étroite collaboration avec les milieux industriels intéressés, le pari sur l'hydrogène apparaît désormais comme une issue viable et durable à l'impasse dans laquelle la "primauté des combustibles fossiles" enferme le système énergétique mondial à l'horizon des prochaines décennies. A cela s'ajoute, pour l'Europe, la préoccupation de plus en plus inquiétante de sa dépendance énergétique.

(1) Dans la mesure où la production d'hydrogène peut également être effectuée à une échelle très décentralisée, par exemple au niveau d'un bâtiment résidentiel, le "plein d'hydrogène" pourrait également se faire lorsque le véhicule est au garage...