La mobilité hydrogène, ou comment relever le défi de la décarbonation des transports pour 2030

Comprendre les enjeux reliés à l’hydrogène implique de savoir deux choses : d’une part l’hydrogène pur est peu exploitable à l’état naturel, et d’autre part il nécessite une source d’énergie pour le produire. Aussi, c’est un vecteur d’énergie comme l’électricité, et non pas une énergie primaire comme les énergies fossiles (gaz naturel, pétrole, charbon) ou les énergies renouvelables. Ainsi, il existe une multitude de techniques de production pour répondre à chacune de ses utilisations. Afin de différencier le type de composant initial ainsi que la source d’énergie primaire utilisée, l’hydrogène est doté de couleurs.

Source : www.usinenouvelle.com/article/les-couleurs-de-l-hydrogene-francais-au-coeur-d-un-debat-avec-l-allemagne.N1015584

Aujourd’hui, l’hydrogène représente seulement 2 % de la demande mondiale d'énergie primaire et 70% de sa production est grise, contre 1% de verte. Il est encore principalement utilisé pour le raffinage du pétrole pour en éliminer le souffre, mais aussi dans de nombreux secteurs industriels. Il est d’ailleurs exploité comme réactif en chimie pour la fabrication de fibres textiles, mais aussi dans l’industrie du verre, l’électronique et la métallurgie. Enfin, il sert déjà de carburant pour des lanceurs spatiaux car il est particulièrement énergétique [11]. En effet, la combustion d’1 kg d'hydrogène libère environ trois fois plus d'énergie qu'1 kg d'essence, et ne produit que de l’eau [12].

Ainsi, l’hydrogène a un rôle à jouer dans la transition énergétique européenne durable voulue par la Commission européenne d’ici 2030. Avoir des électrolyseurs à grande capacité fonctionnant avec les charges électriques variables des énergies renouvelables est une première étape nécessaire en vue de l’intégration dans les systèmes énergétiques et d’une décarbonisation rentable. C’est pour cela que la Commission européenne s’est fixée l’objectif de produire 10 millions de tonnes d’hydrogène renouvelable sur l’ensemble du territoire d’ici 10 ans [13]. L’hydrogène permet de stocker efficacement les surplus d’énergie d’origine renouvelable pour une utilisation ultérieure, en complément des batteries électriques [14].

Outre sa capacité à rendre possible le stockage de l’énergie produite par des sources de nature intermittente, l’hydrogène offre une opportunité pour décarboner des secteurs polluants. Parce qu’il est très énergétique, il sera un allié de choix dans la transition énergétique européenne des transports lourds en remplacement des combustibles fossiles. Il permettrait d’atteindre l’objectif de réduction de 43 % de gaz à effet de serre en 2030 par rapport à 2005¹⁰.

La mobilité hydrogène, où comment le photovoltaïque peut faire tourner les roues d’un camion

L’élan pour l’hydrogène s’est accéléré depuis juillet 2020, soit depuis l’adoption d’un plan de développement de l'hydrogène propre par la Commission européenne [15]. Lors du déroulement de la première phase (2020 -2024), deux priorités sont retenues : installer des électrolyseurs produisant de l’hydrogène renouvelable pour décarboner la production d’hydrogène existante, et favoriser la consommation d’hydrogène par de nouvelles applications finales telles que les transports routiers lourds².  En France, cela se traduit dans le plan de déploiement de l’hydrogène pour la transition énergétique par le soutien à des écosystèmes territoriaux de mobilité hydrogène avec l’ambition :

• de 5 000 véhicules utilitaires légers et 200 véhicules lourds (bus, camions, TER, bateaux) ainsi que la construction de 100 stations, alimentées en hydrogène produit localement à horizon 2023 ;
• de 20 000 à 50 000 véhicules utilitaires légers, 800 à 2000 véhicules lourds et 400 à 1000 stations à l’horizon 2028. [16]

Ce plan de déploiement français est possible car de nombreuses expérimentations de mobilité hydrogène ont ouvert la voie depuis plus de 5 ans. Témoignage de Claire Kieffer de la Communauté d’Agglomération Sarreguemines Confluences, où s’est déroulé le projet FaHyence depuis 2015. Précurseur, le projet comprenait une station financée pendant 3 ans par des subventions européennes (FCH-JU) et 10 véhicules Kangoo détenus par des locaux à Sarreguemines.

« Le projet n’était pas le fruit d’un déclic, mais plutôt l’évolution logique de discussions que nous avions sur l’hydrogène depuis 2010. L’objectif était de montrer que l’on peut implanter de l’hydrogène facilement : on a besoin de contrats d’eau et d'électricité verte, et de deux containeurs pour installer une station. […] L’hydrogène est intéressant car il permet une complémentarité avec l’électricité pour la mobilité véhicules légers urbains et le GNC pour poids lourds. »

Les financements associés au plan de déploiement ont déjà permis le lancement de plusieurs projets de mobilité hydrogène depuis l’année dernière, comme en atteste la liste ci-dessous de 10 projets en France et dans les pays limitrophes.

Amaury Vaussanvin, Chef de projet sur DIJON METROPOLE SMART ENERGHY (DMSE) nous apporte son éclairage sur la gestion de projet, suite à son implication dans la vaste proposition DMSE pour la métropole de Dijon (cf. tableau ci-dessus). D’ici 2030, la flotte hydrogène représentera 175 bus (200 véhicules de transports en tout), 50 bennes à ordures et 250 véhicules légers.

« Nous avons choisi l’hydrogène parce que c’est la seule option qui réponde aux besoins de la métropole. Il nous permet d’avoir la souplesse et la réactivité nécessaires pour respecter les circuits et le nombres de tournées quotidiennes des bus et bennes à ordures sans faire un deuxième plein. Nous construisons un écosystème : il ne s’agit pas seulement d’une station, mais aussi des véhicules qui vont avec ainsi que le centre de maintenance. Ce projet financé permettra d’amortir les premières dépenses d'investissement de capital et nous avons configuré les stations pour qu’elles puissent s’adapter à un flux d’utilisateurs publics et privés important. Nous pensons aussi faire diminuer les coûts en s’associant avec d’autres villes pour les futurs achats d’équipements hydrogène. »

Frédéric Lefebvre travaille sur le projet Hylias qui vise la création d’un bateau hydrogène de 150 passagers ainsi que les infrastructures correspondantes (électrolyseur et station) pour 2023.

« Nous sommes sur un secteur plutôt nouveau pour l’hydrogène : jusqu’à présent assez terrestre, nous l’amenons à une marinisation. Pour un développement dans ce cadre, il ne faut pas oublier que le principal critère est un facteur humain, soit des personnes qui ont la volonté, la passion et l’envie de faire ensemble. Ainsi, la pédagogie autour de l’hydrogène me semble extrêmement importante pour démystifier les risques autour de la molécule. Pour ce faire, nous travaillons avec un groupement large d’associations de riverains et d’usagers pour communiquer sur la proposition et nous partagerons les premières données dans le cadre du projet. »

Lancé par les plans français et européens de grande envergure, le marché de la mobilité hydrogène est en plein essor. Les grands constructeurs mondiaux ont ainsi tous annoncé leurs projets de développement avec des lancements prévus entre 2020 et 2025 tant sur les véhicules particuliers que sur les flottes professionnelles¹³. Cette annonce est complétée par une collaboration entre constructeurs et pétroliers annoncée à la mi-décembre 2020 [17]. Baptisée H2accelerate, elle vise à synchroniser les investissements entre installateurs de stations et du réseau, ainsi que constructeurs sur une décennie pour que le marché du transport lourd soit viable. Les partenariats se font aussi entre géants européens de l’industrie, puisque Siemens Energy et Air Liquide ont indiqué le 8 février leur volonté de bâtir ensemble de grands projets européens autour de l’hydrogène. Cet élan soudain suit la déclaration fin novembre 2020 de la commissaire des Transports de l’UE qui a d’ailleurs avancé le chiffre de 100 000 poids lourds et 1 000 stations les accueillant d’ici 2030 [18].

D’ailleurs, le FCH JU - partenariat public-privé européen soutenant la recherche et le développement de l’hydrogène - avait pour objectif de développer d'ici 2020 un portefeuille de solutions propres, efficaces et abordables qui exploitent le potentiel de l'hydrogène. Il a dressé début 2019 des scenarii de développement des technologies nécessaires pour la construction massive de véhicules [19] :

Aussi, vous trouverez ci-dessous un tableau reprenant les catégories de véhicules actuellement sur le marché. A noter qu’une nouvelle génération de véhicules hydrogène sera produite d’ici 2021, à l’instar de l’annonce Toyota pour son camion deuxième génération [20], ou encore l’équipe Gaussin du Paris Dakar avec le premier camion hydrogène 2022. [21]

SAFRA a agrandi sa ligne de bus électriques Businova en ajoutant une version hydrogène qui adapte l’architecture initiale du véhicule. Cela lui permet de n’avoir aucune émission pendant son fonctionnement avec une autonomie de plus de 350 kilomètres, le tout pour 15 minutes de recharge. Jean-Christophe Hoguet, directeur commercial, nous éclaire sur la vision de l’entreprise :

« Nous avons choisi de développer notre gamme propre sur l’hydrogène car l’avantage technologique est aujourd’hui une nécessité dans les transports. Cela permet aussi de répondre aux contraintes réglementaires vertes sur les bus qui s’appliquent dès cette année. Dans les énergies propres, l’hydrogène offre une plus grande facilité d’exploitation, soit jusqu’à 400km alors que l’autonomie batterie reste limitée à 250km. C’est donc un parfait candidat pour une exploitation urbaine, avec des pleins limités à 15 minutes. Enfin, la différence de prix reste limitée entre l’hydrogène et l’électrique. »

En parallèle, se développe une infrastructure de stations avec un objectif de 200 stations en 2022, 500 en 2024 et 1500 en 2030. La carte dynamique ci-dessous permet de voir quelles stations ont déjà été mises en place en France.

Le projet HyBer vise, d’ici 2023, la création d’un électrolyseur à grande capacité, et de deux stations hydrogène accompagnées d’une flotte composée d’une centaine de véhicules, dont 6 bus, 60 VUL et 30 véhicules particuliers. Dès 2024, le projet prévoit l’implantation d’une nouvelle station et l’agrandissement de la flotte de camions grâce à l’implication des exploitants locaux. Sébastien Toussaint, ingénieur projet au Syndicat Départemental d'Énergies de l'Indre nous explique les raisons de ce projet :

« Avec ce projet nous souhaitons créer un écosystème local, car s’il n’y a pas de station il ne peut pas y avoir de véhicule. Nous pensons que c’est en créant une station que les usages se développeront. Nous avons déjà identifié et prévu que 50% de la capacité de la station sera consommée par les transports en commun, le reste sera utilisé potentiellement par les camions et des usages particuliers. La difficulté réside dans l’incertitude de l’utilisation de l’hydrogène d’ici le début du projet, d’autant plus que cela dépend du prix de l’essence. »