L’hydrogène, un contributeur significatif à la transition énergétique et écologique

L’hydrogène peut être utilisé comme vecteur énergétique, il est un moyen de stockage de l’énergie qui peut être utilisé ensuite pour différents usages. Elément naturel qui se trouve rarement à l’état pur, il est extrait de composés chimiques. Il existe plusieurs processus de production de l’hydrogène, dont les impacts environnementaux diffèrent :

• Production par reformage à partir de gaz naturel ou de charbon gazéifié ; il s’agit de procédés émetteurs de CO2. Il s’agit aujourd’hui des principaux modes de production de l’hydrogène, en raison de leurs faibles coûts.
• Production par électrolyse de l’eau ; le bilan carbone dépend alors du mode de production de l’électricité.  Quand l’hydrogène est produit à partir d’électricité renouvelable, on parle d’hydrogène vert.  Les prix de l’hydrogène produit ainsi sont toutefois élevés.

L’hydrogène vert^[1] ou bas carbone^[2] est un levier incontournable de la transition énergétique :

Tout d’abord, il constitue un moyen de décarboner les usages existants.  Il a vocation à remplacer l’hydrogène gris utilisé par l’industrie, dont la production est plus carbonée.

L’hydrogène est aussi un vecteur intéressant pour la décarbonation de la mobilité, enjeu majeur de la transition écologique. Grâce à une pile à combustible, l’hydrogène permet d’alimenter un moteur électrique et offre ainsi des opportunités de mobilité verte.

De plus, le déploiement des énergies renouvelables intermittentes entraine des besoins de stockage de la production électrique auxquels l’hydrogène peut répondre. Ainsi, par exemple, l’injection de l’hydrogène produit à partir d’électricité renouvelable dans les réseaux gaziers existants, ou de gaz naturel renouvelable après méthanation, pourrait permettre de stocker cette énergie et de contribuer à décarboner le secteur gazier.

Une filière hydrogène dynamique portée par les acteurs publics et privés

La filière hydrogène a connu une accélération de son développement en France ces dernières années, notamment suite aux différents appels à projets soutenus par l’Europe ou par la France. En 2020, le gouvernement français a lancé un plan à 7,2 milliards d’euros d’ici à 2030 avec comme objectif de développer une production d’hydrogène vert plus rentable et la démocratisation des usages, ciblant notamment l’utilisation d’hydrogène pour la mobilité lourde. Deux appels à projets de l’ADEME sont parus en 2020 pour subventionner des projets de déploiement d’écosystèmes territoriaux et des projets d’innovation et de développement de la filière. La dynamique, soutenue par les territoires à différentes échelles (e.g. Zero Emission Valley, plan « hydrogène vert » de la région Occitanie), est aussi portée par les industriels (e.g. Air liquide, Michelin), les énergéticiens (e.g. Engie, Total), les constructeurs et équipementiers automobiles (e.g. Chereau, Faurecia, Renault), les PME innovantes (e.g. Lhyfe, Powidian, Atawey, Sylfen, Hype). Ceux-ci ont en effet participé à l’émergence des applications de mobilité et de services aux réseaux). Aujourd’hui pour la mobilité, une trentaine de stations d’avitaillement sont ouvertes en France et de nombreuses autres sont en projet.

Challenges du déploiement de la mobilité hydrogène

Le principal challenge du déploiement de la mobilité hydrogène à grande échelle est la question du modèle économique.  La production d’hydrogène vert par électrolyse de l’eau ne peut pas se développer sans cas d’usages, mais les cas usages ne seront pas viables dès lors que l’hydrogène ne sera pas disponible à un coût acceptable. Pour cela, une industrialisation des processus de production et une baisse du coût de l’électricité renouvelable sont nécessaires pour permettre la baisse du prix de l’hydrogène à la pompe. Le plan du gouvernement de subventions publiques annoncé en 2020 était ainsi requis pour accompagner la baisse des coûts de production de l’hydrogène vert.

Par ailleurs, les véhicules à pile à combustibles coûtent environ 70 % plus chers que leurs équivalents thermiques. Là encore la massification de la production permettra de diminuer ces surcoûts. Le développement simultané de stations d’avitaillement en hydrogène et le déploiement de flottes captives est le modèle privilégié actuellement pour optimiser la viabilité économique des projets.

La déclinaison à l’échelle quartier 

Un cadre réglementaire contraignant qui soutient les motorisations vertes.

Les politiques environnementales et de mobilité confèrent un cadre favorable au déploiement des motorisations électriques dans les centres urbains. Ainsi, la loi LOM prévoit notamment la fin de la vente des véhicules thermiques neufs en 2040, le verdissement progressif des flottes d’entreprises ou d’administration[3], la création de Zones de Faibles Emissions dans les métropoles (obligatoires ou volontaires) qui va restreindre progressivement l’accès aux centre urbains aux véhicules thermiques. Parallèlement, la réglementation européenne impose des normes d’émissions contraignantes pour les véhicules légers, forçant le choix entre l’électrique à batteries ou à hydrogène pour la production automobile future. Ainsi, à terme, le développement de la mobilité décarbonée prévu devra s’accompagner du déploiement local d’infrastructures d’avitaillement.

Quelle place pour l’hydrogène dans la ville durable ?

Au cours des dernières années, la ville a cherché à devenir plus durable et la question énergétique est devenue centrale pour l’aménagement de l’espace urbain.  Les opérateurs urbains ont gagné en autonomie pour proposer des solutions, notamment énergétiques, répondant aux exigences fonctionnelles des nouveaux enjeux des villes. Les enjeux énergétiques autour de la mobilité génèrent aujourd’hui des opportunités de symbiose avec la réflexion énergie à l’échelle de l’aménagement de quartier.

L’hydrogène vert a une place au sein du quartier bas carbone. L’hydrogène pourraient par exemple permettre de valoriser les surplus de production électrique renouvelable produite sur site par du photovoltaïque en favorisant à la fois l’auto consommation et le développement de la mobilité via le déploiement d’infrastructures d’avitaillement en hydrogène, dès lors que des cas d’usage ont été identifiés. L’échelle quartier permet de bénéficier à la fois de surfaces de panneaux photovoltaïques plus conséquentes pour la production d’hydrogène et de la complémentarité des usages. Pour la mobilité, l’hydrogène pourrait permettre d’alimenter les véhicules de logistique au niveau des Espaces Urbains de Distribution repositionnés en centre-ville avec l’essor du e-commerce, des flottes captives transitant dans le quartier, à l’instar des taxis, ou la location de véhicules hydrogène aux particuliers en autopartage, avant que son utilisation soit plus largement généralisée. L’hydrogène peut toutefois aussi être produit à partir de l’électricité du réseau national, ou être acheminé par camion. Aujourd’hui le quartier Atlantech est un exemple souvent mentionné sur le sujet. Lauréat de l’appel à projet « Territoires Hydrogène », l’éco quartier Atlantech, la Rochelle regroupe centres de recherche, habitats et activités économiques. L’objectif est la construction d’une boucle énergétique reposant sur la mixité des usages prévus : autoconsommation d’énergie renouvelable à l’échelle du quartier, en optimisant le taux d’autoconsommation par la production d’hydrogène par électrolyse. Cet hydrogène sera utilisé pour le projet LUZO (Logistique Urbaine ZerO Carbone) visant à fournir des véhicules hydrogène pour des flottes professionnelles.

^[1] Produit à partir d’énergies renouvelables ou reformage du biogaz.

^[2] H₂ co-produit lors de processus industriels ou produit à partir d’électricité bas carbone.

[3] En 2024, les entreprises devront acquérir 20 % de véhicules à très faibles émissions (soient hydrogène et/ou électrique) lors du renouvellement annuel de la flotte et 50 % en 2030.