L'énergie hydrogène s'impose comme un vecteur énergétique prometteur dans la transition vers une économie bas carbone. À l'horizon 2035, de nombreux experts voient en cette molécule une solution pour décarboner des secteurs difficiles comme l'industrie lourde et les transports longue distance.
État actuel de la production d'hydrogène en France
Actuellement, la production d'hydrogène en France reste majoritairement issue de procédés utilisant des énergies fossiles, principalement par vaporeformage du gaz naturel. Cette méthode, bien que mature et économiquement compétitive, génère d'importantes émissions de CO2. On estime qu'environ 900 000 tonnes d'hydrogène sont produites annuellement dans l'Hexagone, dont seulement 5% peuvent être considérées comme "vertes" ou bas carbone.
L'industrie chimique et le raffinage sont les principaux consommateurs, absorbant près de 95% de la production nationale. Cependant, le gouvernement français a fixé des objectifs ambitieux pour développer la filière de l'hydrogène vert, avec une capacité d'électrolyse visée de 6,5 GW d'ici 2030. Cette volonté s'inscrit dans le cadre de la Stratégie nationale pour le développement de l'hydrogène décarboné, dotée d'un budget de 7 milliards d'euros sur la période 2020-2030.
Projections pour l'hydrogène vert d'ici 2035
Les experts s'accordent sur le fait que les avancées technologiques seront déterminantes pour rendre l'hydrogène vert compétitif d'ici 2035.
Électrolyse PEM : avancées et défis
L'électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM) est considérée comme prometteuse pour la production d'hydrogène vert à grande échelle. Les chercheurs travaillent à améliorer la durabilité des membranes et à réduire la quantité de métaux précieux utilisés comme catalyseurs. L'objectif est d'atteindre une efficacité de conversion supérieure à 80% et une durée de vie des électrolyseurs dépassant les 80 000 heures d'ici 2035.
Cependant, des défis persistent, notamment en termes de scale-up industriel et d'intégration des électrolyseurs PEM dans les réseaux électriques. La gestion des fluctuations de puissance liées aux énergies renouvelables intermittentes reste un enjeu technique important.
Électrolyse alcaline à haute température
L'électrolyse alcaline à haute température (SOEC) opère à des températures entre 700°C et 900°C, favorisant des rendements théoriques supérieurs à l'électrolyse conventionnelle. Les experts anticipent des progrès notables en termes de stabilité des matériaux et de réduction des coûts de fabrication des cellules SOEC d'ici 2035.
Cette technologie est capable de fonctionner en mode réversible, permettant alternativement la production d'hydrogène et la génération d'électricité, ce qui pourrait influer sur l'équilibrage des réseaux électriques du futur.
Innovations dans le stockage de l'hydrogène
Concernant le stockage de l'hydrogène, les recherches se concentrent sur le développement de nouveaux matériaux pour le stockage sous forme solide, comme les hydrures métalliques ou les matériaux nanoporeux. Cela impliquerait une densité énergétique supérieure aux méthodes actuelles de compression ou de liquéfaction.
Par ailleurs, le stockage géologique de l'hydrogène dans des cavités salines ou d'anciens gisements de gaz naturel fait l'objet d'études. Cette démarche pourrait permettre le stockage massif et saisonnier d'hydrogène, pour gérer l'intermittence des énergies renouvelables.
Intégration des énergies renouvelables intermittentes
Des systèmes de gestion intelligents, basés sur l'intelligence artificielle et le machine learning, sont en développement pour prédire la production d'énergie solaire et éolienne et ajuster en temps réel le fonctionnement des électrolyseurs. De plus, des concepts innovants comme les "îles énergétiques" offshore, combinant éoliennes en mer et production d'hydrogène, pourraient voir le jour d'ici 2035. Ces infrastructures permettraient de produire et de stocker l'hydrogène sur site, afin de réduire les coûts de transport et les pertes énergétiques.
Analyses économiques et investissements dans la filière hydrogène
Actuellement, le coût de production de l'hydrogène vert reste plus élevé que celui de l'hydrogène gris issu du gaz naturel, mais les analystes prévoient une baisse rapide des coûts dans les années à venir. Le coût de l'hydrogène vert pourrait chuter d'ici 2035 dans les régions disposant de ressources renouvelables abondantes. Cette réduction des coûts sera principalement due à l'effet d'échelle industrielle, à l'amélioration des rendements des électrolyseurs et à la baisse continue du prix des énergies renouvelables. Certains experts estiment même que l'hydrogène vert pourrait devenir compétitif avec l'hydrogène gris dans certaines régions dès 2030, en particulier si une tarification du carbone est mise en place.
Les grands groupes industriels français se positionnent activement sur le marché de l'hydrogène vert. Le leader mondial des gaz industriels, a annoncé un plan d'investissement de 8 milliards d'euros dans la chaîne de valeur de l'hydrogène bas carbone d'ici 2035, tandis que d'autres visent 4 GW de capacité de production d'hydrogène vert à l'horizon 2030. Les experts anticipent également l'émergence de "hubs hydrogène" régionaux, mutualisant production, stockage et distribution pour réduire les coûts. Ces écosystèmes pourraient inclure des partenariats public-privé innovants, impliquant collectivités locales, industriels et acteurs de l'énergie.
Applications industrielles de l'hydrogène à l'horizon 2035
L'industrie lourde est un secteur important pour l'adoption de l'hydrogène vert d'ici 2035. La sidérurgie, en particulier, pourrait connaître une véritable révolution avec l'utilisation d'hydrogène comme agent réducteur en remplacement du charbon.
Dans l'industrie chimique, l'hydrogène vert pourrait progressivement remplacer l'hydrogène gris pour la production d'ammoniac et de méthanol. Ces molécules de base de la chimie verte ouvrent la voie à une décarbonation en profondeur de nombreuses chaînes de valeur industrielles.
Le secteur du raffinage, actuellement grand consommateur d'hydrogène gris, est également un marché potentiel important. La substitution progressive par de l'hydrogène vert permettrait de réduire l'empreinte carbone des carburants liquides.
Défis et opportunités pour le transport à hydrogène
Il existe de nombreuses opportunités pour l'utilisation de l'hydrogène dans le secteur des transports, en particulier lorsqu'une grande autonomie ou des temps de recharge rapides sont nécessaires.
Le train à hydrogène a déjà prouvé sa viabilité en Allemagne. D'ici 2035, on peut s'attendre à un déploiement de cette technologie sur les lignes non électrifiées en Europe. En France, la SNCF prévoit de commander 15 trains à hydrogène d'ici 2025, avec des perspectives de généralisation si les tests s'avèrent concluants.
Dans le secteur aéronautique, trois concepts d'avions sont à l'étude, utilisant soit des moteurs à hydrogène, soit des piles à combustible pour la propulsion électrique. Les défis techniques restent importants, notamment en termes de stockage de l'hydrogène liquide à bord et d'adaptation des infrastructures aéroportuaires. Cependant, l'hydrogène apparaît comme l'une des rares options viables pour décarboner l'aviation long-courrier.
La place de l'hydrogène dans le mix énergétique 2035
Les experts s'accordent sur le fait que l'hydrogène occupera une place centrale dans le mix énergétique de 2035, mais son importance relative fait l'objet de débats. Certains analystes estiment que l'hydrogène pourrait représenter près d'un quart de la demande finale d'énergie en Europe d'ici 2050, avec une montée en puissance progressive dès 2035.
D'autres experts adoptent une vision plus prudente, soulignant les contraintes techniques et économiques persistantes. Ils anticipent plutôt une part de l'hydrogène comprise entre 10 et 15% du mix énergétique européen à l'horizon 2035, principalement concentrée dans l'industrie lourde et les transports longue distance.
La complémentarité entre l'hydrogène et l'électrification directe est soulignée par de nombreux experts. L'hydrogène devrait se concentrer sur les applications où l'électrification est techniquement difficile ou économiquement peu viable.