Les plans de relance au niveau de l’Europe et de la France font la part belle à l’hydrogène. Des projets concrets sont engagés. L’UFC-Que Choisir de Saône-et-Loire fait un rapide tour d’horizon sur cette filière en s’arrêtant plus particulièrement sur son utilisation pour les bus des transports en commun urbains ou périurbains et sur la chaîne verte de production et d’utilisation de cet hydrogène.

Le projet politique

L’Union européenne (UE) va mettre en place dix nouveaux partenariats européens et investir près de dix milliards d’euros « dans la transition écologique »

L’un de ces dix partenariats mis en place par l’Europe au titre de la transition énergétique prévoit d’accélérer le développement et le déploiement d’une chaîne de valeur européenne pour les technologies de «l’hydrogène propre». L’objectif est de contribuer à la mise en place de systèmes énergétiques durables, décarbonés et pleinement intégrés ».

La France s’est fixé l’objectif de développer l’hydrogène bas carbone (1) et renouvelable et ses usages industriel, énergétique et pour la mobilité lourde (camions, bennes à ordures, bus…), « avec la perspective d’atteindre environ 20 à 40% des consommations totales d’hydrogène et d’hydrogène industriel à l’horizon 2030 ». Elle s’est d’ores et déjà dotée d’une Stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné, d’une enveloppe de 7 milliards d’euros.

Des projets concrets sur notre territoire

La technologie est prête, des bus à hydrogène circulent déjà dans le département des Yvelines, un train en essai en septembre 2021 pour une mise en circulation dans la région de Tours / Chinon en 2025. Plus proche de nous, la Région Bourgogne Franche-Comté va s’équiper de trois trains TER et plus proche encore, Maconnais Beaujolais Agglomération s’engage dans le développement des mobilités au travers d’un projet territorial ambitieux autour de l’utilisation de l’hydrogène.

Quelques mots sur cette filière hydrogène

Il s’agit dans ce propos de se concentrer sur l’utilisation de la pile à combustible embarquée produisant de l’électricité à partir d’hydrogène stocké sous haute pression dans un réservoir sur le véhicule et d’oxygène puisé dans l’air ambiant. La recombinaison dans la pile à combustible produit de l’électricité qui sera utilisé pour la traction et de l’eau; cette recombinaison produit également de la chaleur, perdue pour sa plus grande part.

Le processus est connu depuis la fin du 19^ème siècle. Au début des années 1970, il était présenté comme source d’énergie pour l’avenir avec le nucléaire. Alors que le cycle du nucléaire semble toucher à sa fin en Europe, la filière hydrogène quant à elle semble devoir connaître un bel avenir. Sur les 50 dernières années, la pile à combustible était difficile à construire avec coût des matériaux constituant la membrane, une filière qui a peut-être mise sous l’étouffoir par les « pétroliers » et a été réservée à des applications très spécifiques de faible puissance.

Les atouts du bus à hydrogène 

Le bus ainsi équipé devient un « véhicule propre» sans émission de gaz à effet de serre – gaz carbonique CO2 et protoxyde de d’azote – sans émission de particules fines, sans bruit de moteur à contrario des véhicules diesel. Ces bus ont donc des atouts indéniables pour une utilisation en milieu urbain et périurbain pour limiter la pollution de l’air. Des avantages comparables aux bus électriques avec batterie mais avec des atouts supplémentaires comme un ravitaillement effectué en quelques minutes contre plusieurs heures pour les batteries et une autonomie de l’ordre de 400 km contre 150 km pour les bus 100 % électriques.

Photo « éclaté d’un bus à hydrogène »

En sus de la pile à combustible et du réservoir de stockage d’hydrogène, le bus embarque des convertisseurs alimentant une batterie auxiliaire et le(s) moteur(s) électrique(s) assurant la traction.

La station de production de l’hydrogène

La système « inverse » de la pile à combustible permet de produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir d’eau et d ‘énergie électrique dans un électrolyseur. La source d’énergie obtenue lors de cette conversion est donc l’électricité.

Photo d’une station de production

Pour une production d’hydrogène « vert »

Si l’usage de la pile à combustible à partir de l’hydrogène présente d’indéniables vertus environnementales, encore faut-il que cet hydrogène soit produit à partir d’électricité verte ménageant l’environnement.

Les bus seront alimentés par une station de production, compression et stockage d’hydrogène.

Idéalement, cette électricité « verte » devrait être produit localement soit à partir d’un parc éolien ou à partir d’un parc solaire. L’éolien semblant relativement mal perçu sur notre territoire, il faut envisager le « solaire ».

Quel dimensionnement – ordre de grandeur – pour la source solaire (2)

Pour un bus en utilisation urbaine ou semi-urbaine, la consommation est de l’ordre de 10 kg d’hydrogène pour 100 km soit une consommation annuelle de l’ordre de 6 200 Kg 

L’énergie nécessaire à la production d’1 kg d’hydrogène par électrolyse est d’environ 56 KWh.

Donc pour un bus, il faudra l’équivalent de 3 groupes de panneaux solaire de 100 KWc – kilowatt crête – soit une surface d’environ 1 500 m2, ces trois groupes produiront 350 000 kWh / an.

En comparant l’énergie éolienne et l’énergie solaire, dans le cadre d’un projet de bus à hydrogène, pour un parc de 6 bus il faudrait :

• Soit un hectare de panneau solaire
• Soit une éolienne de 1 GWh – hauteur 100 m –

 Des coûts non négligeables

Les coûts avancés pour l’achat d’un bus à hydrogène, maintenance comprise, avoisine les 850 000 € à comparer à 250 000 € pour un bus diesel et 350 000 € pour un bus « à batterie »

Outre l’achat des bus il faut également produire l’hydrogène, et compter environ 250 000 € pour la station de production et aussi investir dans les panneaux photovoltaïques

Conclusion

La filière énergie électrique « verte » et les bus à « hydrogène » – voire aussi les autres moyens de mobilité – semblent bien répondre aux attentes d’un public désormais sensible à la qualité de l’air en particulier. Le stockage de cette énergie électrique « intermittente » solaire ou éolienne sous forme d’hydrogène présente une alternative intéressante aux énergies traditionnelles électriques dont 75 % de la production est d’origine nucléaire ou aux énergies fossiles. Reste à réduire les coûts; peut-être par les aides massives au développement de cette filière tant par « l’Europe » que par l’Etat français pour des équipements – la pile à combustible en particulier – fabriqués en Europe voire en France.

Les technologies de l’hydrogène (électrolyseurs pour la production et piles à combustible pour les utilisations) ont le mérite de mobiliser les compétences en métallurgie et en mécanique existantes au niveau de la recherche fondamentale et appliquée et encore présentes dans bon nombre de secteurs en Europe.

Là aussi, les cartes peuvent être rebattues et l’Europe peut ambitionner de devenir un leader dans cette filière. C’est en tout cas l’objectif affiché dans les plans de relance post-Covid en France et dans le Green New Deal européen

(1)L’hydrogène peut être produit par :

• Reformage du gaz naturel par de la vapeur d’eau surchauffée est un procédé très utilisé pour produire de l’hydrogène. Sous l’action de la vapeur d’eau et de la chaleur, les atomes qui constituent le méthane (CH4) se séparent et se réarrangent en dihydrogène (H2) d’une part et dioxyde de carbone (CO2) d’autre part. Ce procédé relache une quantité importante de gaz à effet de serre.
• Electrolyse de l’eau à partir d’une source électrique, le sous-produit étant l’oxygène. C’est le moyen de production dit « bas carbone »

(2)L’étude donne des ordres de grandeur, le territoire de la Saône-et-Loire ne recèle pas de grandes qualités pour des productions solaires ou éolienne.