Les piles à combustible à hydrogène en 4 questions
Publié le 11 Juillet 2022Lien vers l'article original: ici
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| L'hydrogène apparaît comme le carburant de l'avenir avec un temps de chargement d'à peine dix minutes pour une voiture. (Paul Langrock/LAIF-REA) |
L'objectif de décarbonation des transports d'ici 2050 a mis un coup d'accélérateur aux recherches sur la pile à hydrogène. Décryptage de cette technologie d'avenir en 4 questions.
Du mardi 5 au jeudi 7 juillet se tient à Rouen la 9e édition des Journées hydrogène dans les territoires.L'hydrogène est dit-on, le combustible de l'avenir. Mais pourquoi ne progresse-t-il pas plus vite, alors même que la géopolitique bouscule les marchés de l'énergie et que la ressource en hydrocarbures est promise à une fin prochaine ?
Explications en 4 questions, à l'occasion de la 9e édition des Journées hydrogène dans les territoires qui se tient à Rouen du 5 au 7 juillet 2022.
Explications en 4 questions, à l'occasion de la 9e édition des Journées hydrogène dans les territoires qui se tient à Rouen du 5 au 7 juillet 2022.
1. Comment fonctionne une pile à combustible à hydrogène ?
Une pile à combustible est avant tout un convertisseur d'énergie. Son principe consiste à injecter de l'hydrogène et de l'air afin de produire de l'électricité, de la chaleur et de l'eau. « Les piles à combustible sont composées de membranes placées entre des plaques bipolaires. On empile ces cellules pour obtenir un système qui produit électro chimiquement de l'électricité en continu, au fur et à mesure qu'il est alimenté en hydrogène », explique Didier Bouix, chercheur du CEA-Liten.
Petit bémol au miracle tech de l'hydrogène : pour que les piles à combustible participent réellement à la décarbonation des transports, « il faut avoir accès à une électricité la plus propre possible, dont la production soit la plus basse en matière de CO2 », précise Didier Bouix. Les piles, quant à elles, ne produisent d'autres résidus que de l'eau, leur démantèlement est simple et les matériaux sont recyclables.
Petit bémol au miracle tech de l'hydrogène : pour que les piles à combustible participent réellement à la décarbonation des transports, « il faut avoir accès à une électricité la plus propre possible, dont la production soit la plus basse en matière de CO2 », précise Didier Bouix. Les piles, quant à elles, ne produisent d'autres résidus que de l'eau, leur démantèlement est simple et les matériaux sont recyclables.
2. Pourquoi le secteur de la mobilité mise-t-il déjà sur l'hydrogène ?
res électriques est énorme. La recharge d'une voiture électrique peut prendre plusieurs heures tandis que le plein des voitures s'effectue à peine en quelques minutes. Or, avec l'hydrogène, on renverse la table : à peine 10 mn pour charger une voiture. Sans parler des poids lourds . « Pour les camions, l'hydrogène liquide sera sans doute la solution d'avenir, car la technologie de réservoir est encore plus compacte », précise Hubert Girault, professeur à l'ISIC de Lausanne.
Et la révolution est en marche. Dans le secteur automobile, Toyota est ainsi déjà en train d'ouvrir sa gamme au véhicule électrique à pile à combustible. En France, Michelin et Forvia ont annoncé une alliance avec Schaeffler pour fabriquer des plaques bipolaires. La société ouvrira sa première unité de production dans le Bas-Rhin et elle devrait être opérationnelle à la fin de l'année 2022.
Dans l'aéronautique, un campus de recherche technologique sur l'hydrogène verra bientôt le jour dans les installations de l'ancien aéroport militaire de Toulouse et à Nantes. Dernier exemple, le transport maritime : la plateforme du CEA Sea'Nergy travaille pour adapter les piles à combustible pour les navires.
Et la révolution est en marche. Dans le secteur automobile, Toyota est ainsi déjà en train d'ouvrir sa gamme au véhicule électrique à pile à combustible. En France, Michelin et Forvia ont annoncé une alliance avec Schaeffler pour fabriquer des plaques bipolaires. La société ouvrira sa première unité de production dans le Bas-Rhin et elle devrait être opérationnelle à la fin de l'année 2022.
Dans l'aéronautique, un campus de recherche technologique sur l'hydrogène verra bientôt le jour dans les installations de l'ancien aéroport militaire de Toulouse et à Nantes. Dernier exemple, le transport maritime : la plateforme du CEA Sea'Nergy travaille pour adapter les piles à combustible pour les navires.
2. Pourquoi le secteur de la mobilité mise-t-il déjà sur l'hydrogène ?
A la fin de l'année dernière, Emmanuel Macron avait annoncé un plan colossal d'investissement dans la filière de l'hydrogène, notamment pour doter la France de tous les moyens de fabrication des piles à combustible. Pour Hubert Girault, le succès de ce projet viendra « avec la synchronisation entre les producteurs, les distributeurs et les utilisateurs ».
La longue attente peut s'expliquer par le fait que les producteurs attendent d'avoir une plus forte demande pour réduire les coûts et les industriels de la mobilité attendent d'avoir une offre plus large et à des prix compétitifs, c'est le serpent qui se mord la queue. Hubert Girault met en garde : les prix n'arriveront pas à baisser si cette synchronisation ne se met pas en place.
De son côté, Didier Bouix est optimiste et estime que pour « tenir les engagements et réussir la transition énergétique, l'hydrogène a toute sa place. » Pour lui, il y a trois principaux objectifs pour généraliser la pile à combustible : améliorer les performances, augmenter la durabilité et réduire les coûts en réduisant la quantité des catalyseurs. Aujourd'hui chacun de ces objectifs est l'objet des recherches spécifiques et « on est sur la bonne voie ».
La longue attente peut s'expliquer par le fait que les producteurs attendent d'avoir une plus forte demande pour réduire les coûts et les industriels de la mobilité attendent d'avoir une offre plus large et à des prix compétitifs, c'est le serpent qui se mord la queue. Hubert Girault met en garde : les prix n'arriveront pas à baisser si cette synchronisation ne se met pas en place.
De son côté, Didier Bouix est optimiste et estime que pour « tenir les engagements et réussir la transition énergétique, l'hydrogène a toute sa place. » Pour lui, il y a trois principaux objectifs pour généraliser la pile à combustible : améliorer les performances, augmenter la durabilité et réduire les coûts en réduisant la quantité des catalyseurs. Aujourd'hui chacun de ces objectifs est l'objet des recherches spécifiques et « on est sur la bonne voie ».
4. Quels sont les freins qui subsistent dans l'avancée de cette technologie ?
Le coût ets le premier frein. On sait que l'adoption d'une technologie de rupture doit toujours passer l'obstacle du coût pour le fabricant et du prix pour le consommateur. Des solutions se profilent tout de même. « L'électrolyse à haute température est une solution promue par le CEA pour avoir de l'hydrogène bas carbone à grande échelle », explique Didier Bouix. L'électrolyse haute température permet d'avancer sur les pistes d'une production de l'hydrogène vert à bas coût pour tous les types d'usage.
Il est encore trop tôt pour donner des projections de prix car à ce stade on raisonne sur des petites échelles de démonstration. Mais le CEA explique aux Echos que sa coentreprise Genvia, avec notamment Schlumberger, vise 2 €/kg d'hydrogène avec ses électrolyseurs haute température.
Deuxième enjeu, la sécurité, car bientôt « on passera d'un usage industriel et donc centralisé, vers un usage grand public qui est très diffus » et pour ce faire, l'ensemble des acteurs auront besoin des réponses technologiques et scientifiques. A ce titre, une équipe interdisciplinaire coordonnée par Didier Bouix vient de terminer le projet Européen HYTUNNEL-CS, mêlant simulations et expérimentations réelles. Les recommandations seront présentées à Bruxelles les 13 et 14 juillet prochains.
Enfin, un frein administratif subsiste. Il y a encore besoin d'adapter les textes actuels à ces nouveaux enjeux : « On se heurte parfois à des textes pour l'exploitation de certains démonstrateurs. Nous avons désormais des retours d'expériences avec des projets comme Energy observer ou GEN-Z. Des groupes de normalisations restent actifs pour proposer des référentiels et des normes. Ces groupes peuvent s'appuyer sur des bases de données, comme HIAD 2, qui recense les incidents et les difficultés de l'hydrogène ».
Il est encore trop tôt pour donner des projections de prix car à ce stade on raisonne sur des petites échelles de démonstration. Mais le CEA explique aux Echos que sa coentreprise Genvia, avec notamment Schlumberger, vise 2 €/kg d'hydrogène avec ses électrolyseurs haute température.
Deuxième enjeu, la sécurité, car bientôt « on passera d'un usage industriel et donc centralisé, vers un usage grand public qui est très diffus » et pour ce faire, l'ensemble des acteurs auront besoin des réponses technologiques et scientifiques. A ce titre, une équipe interdisciplinaire coordonnée par Didier Bouix vient de terminer le projet Européen HYTUNNEL-CS, mêlant simulations et expérimentations réelles. Les recommandations seront présentées à Bruxelles les 13 et 14 juillet prochains.
Enfin, un frein administratif subsiste. Il y a encore besoin d'adapter les textes actuels à ces nouveaux enjeux : « On se heurte parfois à des textes pour l'exploitation de certains démonstrateurs. Nous avons désormais des retours d'expériences avec des projets comme Energy observer ou GEN-Z. Des groupes de normalisations restent actifs pour proposer des référentiels et des normes. Ces groupes peuvent s'appuyer sur des bases de données, comme HIAD 2, qui recense les incidents et les difficultés de l'hydrogène ».
© Yoanna Herrera pour lesechos.fr
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