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. En août 2016, la start-up américaine Nikola Tesla Company a notamment créé la surprise en annonçant que son projet de camion de transport, le Nikola One, révélé plus tôt dans l’année, serait finalement alimenté par une pile à combustible hydrogène plutôt que par un moteur électrique hybride au gaz naturel.

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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Par la rédaction du magazine GREEN INNOVATION.
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