L’hydrogène, c’est quoi ?

L’hydrogène (H) est l’élément chim­ique le plus abon­dant dans l’univers. Sur Terre, il est rarement présent à l’é­tat pur, mais il entre dans la com­po­si­tion de l’eau (H2O) et d’hydrocarbures comme le gaz naturel (CH4). Aujourd’hui, l’hydrogène est surtout util­isé dans la pétrochimie. Mais on peut aus­si pro­duire de l’hydrogène à par­tir d’électricité et vice-ver­sa, ce qui ouvre de nou­velles per­spec­tives pour la tran­si­tion énergé­tique dans les trans­ports et l’industrie.

Aujourd’hui, l’hydrogène est très loin d’être “vert”

Quand on se penche pour la pre­mière fois sur l’hydrogène et ses usages actuels, on peine à faire le lien avec la tran­si­tion écologique. En effet, ce gaz est aujourd’hui util­isé à 80 % dans le secteur de la pétrochimie, en par­ti­c­uli­er pour raf­fin­er des pro­duits pétroliers et pro­duire de l’ammoniac, qui entre dans la com­po­si­tion des engrais de syn­thèse.

Surtout, son mode d’obtention le plus répan­du (à 99%) – le refor­mage – est forte­ment pol­lu­ant puisqu’il s’agit d’extraire les molécules d’hydrogène (H) présentes dans le gaz naturel (CH4) en relâchant au pas­sage une bonne dose de car­bone (C ) dans l’air. Résul­tat, la pro­duc­tion actuelle de près de 100 mil­lions de tonnes d’hydrogène par an représente pas moins de 2,3% des émis­sions mon­di­ales de gaz à effet de serre !

Demain, une production décarbonée

Mais si l’hydrogène nour­rit autant d’espoirs, c’est qu’il est aus­si pos­si­ble de s’en pro­cur­er de façon beau­coup plus vertueuse puisque, comme son nom l’indique, il est aus­si un com­posant de l’eau (H2O). En util­isant un courant élec­trique (l’électrolyse) il est en effet pos­si­ble d’isoler les atom­es d’hydrogène (H) et d’oxygène (O). Pour peu que l’électricité soit d’origine renou­ve­lable ou décar­bonée, on tient la for­mule mag­ique !

Ces dernières années, la plu­part des pays indus­tri­al­isés ont fait de l’hydrogène une pri­or­ité de leur poli­tique cli­ma­tique. Et les indus­triels ne sont pas en reste non plus, d’Airbus à Total­En­er­gies et d’ArcelorMittal à Engie. Les appli­ca­tions imag­inées sont telles, qu’on pour­rait croire par­fois que chaque goutte d’hydrocarbure sera rem­placée demain par un atome d’hydrogène «pro­pre».

Quand il est extrait du gaz fos­sile, l’hydrogène est dit «gris». Il devient «bleu» quand le CO2 dégagé est cap­té pour l’enfouir dans le sous-sol. Ces pro­jets sont portés par la fil­ière pétrogaz­ière qui y voit une oppor­tu­nité de verdir ses activ­ités, mais aus­si de réu­tilis­er les puits d’hydrocarbures épuisés pour stock­er du car­bone. Il est dit «rose» quand il est pro­duit à par­tir d’électricité d’origine nucléaire, et «vert» quand l’électricité est de source renou­ve­lable.

Une forte déperdition d’énergie

«L’hydrogène n’est pas le nou­veau pét­role !», aver­tit toute­fois Inès Bouaci­da, chercheuse à l’Institut du développe­ment durable et des rela­tions inter­na­tionales (Iddri) et autrice de plusieurs études sur le sujet. «Effec­tive­ment, ça peut servir à beau­coup de choses, mais ça ne veut pas dire qu’on doit s’en servir pour tout», résume-t-elle. La rai­son est sim­ple : con­ver­tir de l’électricité en hydrogène entraîne une forte déperdi­tion d’énergie (env­i­ron 30%). Et les choses s’aggravent encore si on recon­ver­tit l’hydrogène ultérieure­ment, sous forme d’électricité ou de car­bu­rant (voir plus bas). «En rai­son de cette faible effi­cac­ité énergé­tique, l’hydrogène doit donc être util­isé en pri­or­ité là où il n’y a pas d’autres alter­na­tives», résume Inès Bouaci­da.

Indispensable dans l’industrie

En toute logique, «les usages exis­tants de l’hydrogène sont à priv­ilégi­er», con­firme Cédric Philib­ert, chercheur à l’Institut français des rela­tions inter­na­tionales (Ifri). Mais «la molécule est aus­si très atten­due dans la sidérurgie, où elle peut rem­plac­er le char­bon comme agent réduc­teur d’oxyde de fer pour la pro­duc­tion de l’acier». La tech­nolo­gie est encore en voie d’industrialisation – les pre­mières tonnes d’acier «vert» ont été pro­duites en août 2021 par le sidérur­giste sué­dois SSAB – mais elle con­stitue une option très promet­teuse pour décar­bon­er le secteur. La sidérurgie est respon­s­able à elle seule de 7% des gaz à effet de serre mon­di­aux, rap­pelle Cédric Philib­ert.

Circonscrit à certains transports

Quant aux trans­ports, «l’hydrogène devra être cir­con­scrit aux secteurs qu’on ne peut pas élec­tri­fi­er» en util­isant des lignes élec­triques ou des bat­ter­ies, tels que l’aviation, le trans­port mar­itime ou la route de longues dis­tances, résume Inès Bouaci­da. L’utilisation directe d’électricité par les bat­ter­ies de véhicules élec­triques présente une effi­cac­ité énergé­tique de 75 %, con­tre 30 % pour les motori­sa­tions à hydrogène.

«Plus d’énergie néces­saire, c’est donc aus­si beau­coup cher», prévient-elle. Pour résumer, «l’hydrogène n’a pas sa place dans les voitures par­ti­c­ulières», tranche Inès Bouaci­da. Un mes­sage qui n’est pas encore par­venu aux oreilles de l’ex-ministre des Trans­ports Jean-Bap­tise Djeb­bari, recon­ver­ti dans le privé comme VRP de la voiture à hydrogène.

En soutien du réseau électrique

L’hydrogène, enfin, peut con­stituer un levi­er de sta­bil­ité dans un sys­tème élec­trique qui mis­erait large­ment sur des éner­gies renou­ve­lables, dont la pro­duc­tion est inter­mit­tente. Lors des pics de pro­duc­tion, l’électricité excé­den­taire peut ain­si être con­ver­tie en hydrogène pour être stock­ée et util­isée plus tard. Lors des pics de demande, l’hydrogène peut alors être util­isé en rem­place­ment du gaz dans les cen­trales élec­triques dites «d’appoint» (back-up). Mais là encore, les fortes déperdi­tions d’énergie con­stituent une lim­ite impor­tante : «Ces cen­trales ont voca­tion à ne fonc­tion­ner que très peu de temps dans l’année, lors de déséquili­bre du réseau», pré­cise Cédric Philib­ert.

La sobriété avant tout

Pour répon­dre à des besoins qui vont aller crois­sants, l’Union européenne (UE) prévoit de pro­duire dix mil­lions de tonnes d’hydrogène vert par an à l’horizon 2030. Cela néces­sit­era pas moins de 500 térawattheures d’électricité bas-car­bone, soit à peu près l’équivalent de la con­som­ma­tion élec­trique de la France en élec­tric­ité chaque année. L’Europe compte en importer dix mil­lions de tonnes de plus, depuis des pays riche­ment dotés en ressources renou­ve­lables. L’Allemagne a d’ailleurs déjà noué des parte­nar­i­ats avec le Cana­da, le Maroc ou encore la Mau­ri­tanie pour s’en pro­cur­er. Mais son trans­port présente d’im­por­tants défis tech­niques car les molécules d’hy­drogène sont petites et volatiles. De son côté, la France et quelques alliés batail­lent pour que l’hy­drogène rose soit sub­ven­tion­né par l’UE.

Dans tous les cas, ces usages de l’hydrogène devront être con­jugués à une sobriété dras­tique, aver­tit Inès Bouaci­da car les besoins en élec­tric­ité seront colos­saux à la fois pour pro­duire de l’hydrogène et décar­bon­er le sys­tème élec­trique. Il est donc, par exem­ple, inen­vis­age­able de main­tenir le traf­ic aérien au même niveau qu’aujourd’hui.

Cet arti­cle est issu de notre rubrique Le vert du faux. Idées reçues, ques­tions d’actualité, ordres de grandeur, véri­fi­ca­tion de chiffres : chaque jeu­di, nous répon­drons à une ques­tion choisie par les lecteur·rices de Vert. Si vous souhaitez vot­er pour la ques­tion de la semaine ou sug­gér­er vos pro­pres idées, vous pou­vez vous abon­ner à la newslet­ter juste ici.