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EST-IL UNE ALTERNATIVE POUR DEMAIN?

Le mythe de l'hydrogène

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La technologie de l'hydrogène ne trouvera son utilisation que dans des secteurs réduitsLa technologie de l'hydrogène ne trouvera son utilisation que dans des secteurs réduits

On dit qu'avec l'hydrogène, on peut chauffer, produire de l'électricité et même, un jour, faire le plein de la même manière que l'essence ou le diesel.

D'où vient cette conviction mêlée d'un enthousiasme démesuré que l'hydrogène est
«l'énergie de demain». Alors que lorsqu'on se réfère à la physique, l'économie de l'hydrogène est une forme de gaspillage de l'énergie par excellence. A peine que l'humanité ait pris conscience que les ressources en combustibles fossiles diminuent de plus en plus et qu'à moyen terme, elles ne sont plus disponibles à la consommation, voilà qu'on croit avoir découvert une alternative miraculeuse: l'hydrogène.
Certes, l'hydrogène est l'élément le plus fréquent dans l'univers. A la surface de notre planète, il est, en grande partie, solidement lié à l'oxygène pour former la molécule d'eau, d'où sa présence en quantités illimitées. On dit qu'avec l'hydrogène, on peut chauffer, produire de l'électricité et même, un jour, faire le plein de la même manière que l'essence ou le diesel. En plus, avec la technique de la pile à combustible, on utilise des véhicules électriques sans bruit et sans vibration, une alternative aux moteurs à explosion bruyants et polluants. Outre l'électricité, le processus de la pile à combustible ne produit que de l'eau. Voilà enfin un processus de production d'énergie propre: l'exemple de ce panneau publicitaire, parmi tant d'autres, montrant un chariot élévateur à fourche actionné par un moteur à hydrogène et indiquant que les gaz d'échappement de cet engin sont uniquement de vapeur d'eau, donc respirables.

Immense gaspillage
Il est vrai que le mythe de l'hydrogène ne date pas de ces dernières décennies. Jules Verne écrivit à la fin du XIXe siècle et en plein boom de l'exploitation du charbon que l'eau (en raison de l'hydrogène qu'elle contient) est le charbon de l'avenir. Et jusqu'à nos jours, l'humanité reste ensorcelée par ce joyeux message. Il n'empêche que les cercles des spécialistes dans ce secteur savent depuis longtemps qu'une économie basée sur l'hydrogène, pour des raisons physico-techniques débouche obligatoirement sur un gaspillage important d'énergie. Par conséquent, la technologie de l'hydrogène ne trouvera assurément son utilisation que dans des secteurs réduits et pour des raisons d'être utilisée comme moyen extrêmement limité de stockage des énergies renouvelables: éolienne, solaire, biomasse.
Et pourtant, dans beaucoup de pays industrialisés, il y a eu un accord quasi unanime entre politiciens de haut niveau sur la politique de l'hydrogène. Dès le début de la première décennie du XXIe siècle, on voyait déjà une Mercedes utilisant l'hydrogène stationnée devant la résidence de l'ancien chancelier allemand Gerhard Schröder. Son collègue japonais de cette époque Koizumi en utilisait deux (Honda et Toyota). Avant que George W. Bush déclare la guerre à l'Irak, il avait annoncé un programme de $1,7 milliard pour soutenir le programme de l'économie de l'hydrogène. L'Union européenne avait mis, à son tour, 2,8 milliards d'euros à la disposition pour financer divers programmes de recherche et de développement sur l'hydrogène. L'ancien président sortant de la Commission. Prodi indique, lors d'une cérémonie à l'occasion de son départ de Bruxelles, que deux événements importants resteront en sa mémoire: l'élargissement de l'Europe vers l'Est et la promotion de l'énergie basée sur l'hydrogène comme combustible. Cette euphorie provient de l'influence de son conseiller, un «visionnaire» américain Jeremy Rifkin. C'est ce dernier qui a proclamé dans son livre «La révolution de l'hydrogène» qu'une économie mondiale, basée sur l'hydrogène, juste, équitable et grâce à laquelle, il n'y aura plus de crises d'énergie qui conduiraient à des tensions et parfois même à des guerres (voir la guerre d'Irak), s'impose. Cette économie de l'hydrogène, selon lui, ouvrira la voie à une coopération fructueuse entre les nations.
Mais une vision peut s'éloigner de la réalité et de la pratique au point qu'elle dérive parfois sur une utopie: depuis des années que des dizaines de sociétés, dans le monde entier travaillent dans le secteur de l'hydrogène et les résultats sont bien modestes. Car cette transition de l'économie des combustibles fossiles vers celle de l'hydrogène s'avère beaucoup plus difficile que l'on croyait. En principe, la technique utilisant l'hydrogène dans la pile à combustible pour produire l'électricité fonctionne et elle peut être mise en application aussi bien dans le secteur véhiculaire que portable ou stationnaire. Mais jusqu'à nos jours, outre dans des projets subventionnés par les pouvoirs publics, la mise sur le marché de cette technologie est insignifiante. D'où une atmosphère qui devient de plus en plus morose, dans ce secteur. Les foires internationales annuelles sur l'hydrogène indiquent bien cette tendance puisque le nombre d'exposants et de visiteurs a diminué sensiblement. A Hambourg, trois bus circulent en permanence à l'hydrogène dans un programme de test. Ils sont cinq fois plus chers que les bus conventionnels, car l'hydrogène qu'ils utilisent est produit à l'électrolyse. Et malgré cela, une station d'hydrogène a été mise à la disposition du public à Berlin. On peut quand même se permettre de demander d'où provient l'immense quantité d'hydrogène vouée à alimenter une telle station. Car l'hydrogène n'est pas une «énergie», comme le miroitent beaucoup de visionnaires. A la différence du pétrole, du gaz naturel ou du charbon, l'hydrogène est un porteur d'énergie secondaire lié chimiquement dans la molécule d'eau et dans d'autres produits organiques. Pour récupérer l'hydrogène de l'eau, on utilise le processus de l'électrolyse qui nécessite beaucoup d'énergie électrique. Dans un tel processus, on enregistre 40% de pertes électriques, lorsqu'on évite le procédé d'électrolyse à haute température et à haute pression. Le stockage de l'hydrogène est également une source supplémentaire de pertes. En raison de sa faible densité, l'hydrogène contient peu d'énergie par unité de volume. Pour l'utiliser en tant que combustible, on doit, soit le comprimer dans des réservoirs appropriés et à des pressions extrêmement élevées, soit le liquéfier à une température proche de moins 253°C (20°K). L'énergie utilisée pour sa liquéfaction correspond au tiers de sa charge. Les réservoirs doivent être hermétiquement isolés pour minimiser les pertes dues à la différence de température avec l'ambiance. L'hydrogène peut être chimiquement stocké sous forme d'hydrides de métaux: là aussi, sa libération du métal nécessite de l'énergie et elle s'effectue très lentement, ce qui rend difficile le processus du mécanisme de combustion «stop and go» dans le secteur véhiculaire.
Le transport de l'hydrogène pose aussi des problèmes majeurs. Un camion-citerne transportant de l'hydrogène sous haute pression (>300 bar), utilise 40% de l'énergie de sa charge pour parcourir une distance de 500 km et les pertes par pipelines dues à sa diffusion rapide sont aussi estimées à 30% sur la même distance. En fin de compte, de la charge initiale, après toute une chaîne de conversion, de stockage, de transfert et de distribution, il ne reste, que 20 à 25% en énergie utile. Pour éviter de grosses pertes, les Suisses Baldur Eliasson et Ulf Bossel proposent de produire sur place de l'hydrogène en installant à chaque station un système d'électrolyse: d'après leur évaluation, il faudrait à la station, suivant sa capacité, entre 5 et 81 MWh d'énergie électrique pour alimenter quotidiennement en hydrogène 100 à 2 000 voitures. Si a priori, cette énergie électrique initiale avait été directement injectée dans le réseau de distribution, 90% de cette quantité d'énergie auraient été mis à la disposition de la consommation. Utiliser une forme d'énergie de haute qualité, comme l'électricité dans un système d'électrolyse pour produire de l'hydrogène lequel est utilisé à son tour pour produire de l'énergie électrique est économiquement absurde. La production de l'hydrogène par électrolyse et l'utilisation de ce gaz dans la pile à combustible n'est rentable que si on considère ce porteur d'énergie secondaire comme moyen de stockage d'un surplus d'énergie électrique provenant des énergies renouvelables. Nous voyons que dans des cas exceptionnels, ledit «gaspillage d'énergie» peut avoir une signification raisonnable: l'exemple de l'Islande, une région riche en géothermie, compte, d'ici 2050, renoncer entièrement à l'énergie de source fossile et peut se permettre des pertes en utilisant la chaleur naturelle dans une économie d'hydrogène.

3500... centrales nucléaires
C'est aussi le cas de certaines îles retirées, de stations de recherche ou d'installations industrielles non reliées au réseau électrique et où l'hydrogène a éventuellement un rôle à jouer comme moyen de stockage d'énergie pour une alimentation électrique stable. Par contre, l'hydrogène n'est pas approprié à assurer une alimentation à l'échelle mondiale comme le font, aujourd'hui, les porteurs d'énergie de source fossile: pétrole, gaz naturel, charbon.
Même lorsqu'on mise sur l'utilisation de vastes surfaces au Sahara équipées de concentrateurs solaires en forme de bassines paraboliques ou en tour ou sur d'énormes fermes éoliennes dans les régions venteuses, les experts continuent à favoriser l'électricité aussi bien pour la consommation nationale que pour l'export. Pour ce dernier point, là aussi, exporter «l'hydrogène saharien» s'avère très difficile à concevoir: une infime partie arriverait au consommateur des pays avides d'énergie comme l'Europe, l'Amérique et l'Asie. Un bateau chargé d'hydrogène liquéfié traversant l'Atlantique perdrait le tiers de sa charge.
Par contre, la conversion du «courant électrique saharien» alternatif en courant continu permet son transport sur de longues distances et à travers les mers, sans grandes pertes (elles sont estimées à environ 2,5% pour chaque tronçon de 1000 km. Comparé à l'utilisation directe de l'électricité de sources renouvelables qui viennent d'être citées, l'hydrogène produit par l'électrolyse, en raison des grandes pertes, serait beaucoup plus cher et il serait donc plus économique d'utiliser l'énergie électrique de source renouvelable et éviter son utilisation pour la production d'hydrogène. Par conséquent, il est hors de question que ce dernier soit plus propre que l'électricité. L'économie de l'hydrogène nécessitera plus de centrales électriques solaires, éoliennes et hydroélectriques, alors que le but principal, dans une économie basée sur les énergies renouvelables, est d'économiser et non de gaspiller. Beaucoup d'experts s'aperçoivent que l'image propre de l'hydrogène est loin de la réalité car, le porteur d'énergie qui le produit peut être, au moins, aussi écologique.
Aujourd'hui, 95% de la production de l'hydrogène utilisé dans les raffineries de pétrole et les usines d'engrais, proviennent des combustibles fossiles, particulièrement du gaz naturel.
Des initiatives ont été prises par certains pays industrialisés pour tenter d'utiliser des centrales nucléaires dans des processus thermiques à très hautes températures (comme avec le HTR (High Temperature Reactor) ou électrolytiques pour dissocier l'eau et séparer l'hydrogène de l'oxygène. A nos jours, le nombre de centrales nucléaires en fonction dans le monde est de 440. L'Association mondiale de l'économie nucléaire estime, au cours d'une de ses réunions, qu'il en faudrait construire 3500 pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux. Contrairement aux dernières décennies où l'Etat allemand et l'industrie ont investi des milliards d'euros dans la recherche et le développement de l'économie de l'hydrogène, aujourd'hui, seulement 50 millions d'euros sont mis à la disposition de ce programme. A tout cela, il faut ajouter cette confusion de faire croire que la technique de la pile à combustible est inséparable de l'hydrogène. Là aussi, un tel cliché n'est par tout à fait juste. Les piles à combustible peuvent aussi fonctionner par injection directe des hydrocarbures: gaz naturel, kérosène, méthanol pour produire de l'électricité dans une combustion dite «froide».

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