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Alternative Hydrogène
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Auteurs : Julien IRONDELLE et Max STELLMACHER
« L'eau, décomposée en ses éléments par l'électricité […] sera un jour employée comme combustible […] L'Hydrogène et l'oxygène qui la constituent, utilisés isolément où simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables. », Jules Vernes, l’Ile mystérieuse, 1874.
Premier film Détails sur le record de la BMW H2R (302,4 Km/h, le 30 septembre 2004, Miramas, France)
Introduction
Concilier développement durable et développement économique
Le développement d’une nouvelle économie basée non plus sur
les hydrocarbures, mais sur l’Hydrogène sera un moyen de renouer avec la
Croissance, la création d’entreprises et d’emplois.
L’Alternative Hydrogène est plus proche de la phase
industrielle que de la recherche appliquée, mais il faut lancer un défi
politique, au niveau français et européen, pour amorcer une synchronisation industrielle
et économique.
Ce défi pourrait être lancé en perspective de la future
conférence de l'ONU sur le climat en décembre 2009, a Copenhague.
Si le pari est réussi, la France économisera 42
milliards d'euros en approvisionnement énergétique. De plus, la France
sera en tête du
développement durable, avec l’exportation de nombreux produits et
services, qui financeront notre cohésion sociale.
En comparaison, la France est aujourd’hui parmi les leaders
de l’industrie nucléaire, ferroviaire, aérienne et spatiale, grâce aux choix
politiques faits dans les années 60 et 70.
L’Alternative Hydrogène :
- contribuera à la lutte contre le réchauffement climatique,
- résorbera la pollution atmosphérique,
- assurera l’indépendance énergétique,
- luttera contre l’augmentation tarifaire de l’eau et des
matières alimentaires,
- et contribuera à l’atténuation des conflits financiers et
armés dus à l’énergie.
Nous allons tenter de démontrer dans ce document la nécessité
et la faisabilité de l’Alternative Hydrogène.
NB : Quand nous évoquons l’Hydrogène avec un H majuscule, nous évoquons la molécule d’hydrogène : le dihydrogène ou H2. Nous ne la confondons pas avec l’hydrogène, avec un h minuscule, que nous désignons comme l’atome d’hydrogène.
La fin programmée de l’économie liée aux hydrocarbures
Les réserves limitées du pétrole, source d'énergie clé.
Par rapport au charbon et au gaz, le pétrole est
une source d'énergie clé, notamment par son rôle dans le transport
terrestre, maritime
et aérien, dans la production agricole, dans le BTP et autres secteurs
faisant
appel à des machines outils fonctionnant avec le pétrole.
Même si les réserves réelles ne sont pas exactement connues,
la fourchette entre l’estimation haute et basse du déclin de la production de
pétrole est de plus de 20 ans. Le dépassement du pic de Hubbert ( définition Wikipedia) est définitivement prévu dans un avenir proche à l’échelle de
l’humanité , moins que le durée moyenne d’une vie. C'est-à-dire de façon
certaine notre mode de vie ne pourra pas être prolongé jusqu’à la durée de vie
de nos enfants, les petits enfants des baby-boomers.
Pour rappel, les réserves mondiales prouvées de pétroles sont estimées à 40 ans de consommation, celles du gaz entre 60 à 100 ans de consommation, et celles du charbon à environ 200 ans de consommation.( cf site web de Jean-Marc Jancovici )
L’impact sur la modification climatique.
De façon de plus en plus certaine, nous savons que
l’utilisation d’énergie fossile, charbon, pétrole, gaz, est responsable de
modifications potentiellement majeures du climat.
Ces modifications rapides peuvent avoir des résultats
catastrophiques. Dans des nations modernes et urbanisées, le déplacement rapide
des terres fertiles sera incompatible avec la capacité de migration des
populations humaines,
Elles peuvent provoquer l’extinction en masse des espèces
qui vivent dans des espaces naturels non contigus du fait l’extension des
activités humaines. En effet si ces espèces se trouvent dans des poches
isolées, la faune et la flore ne pourront pas toujours migrer pour suivre le
déplacement des conditions favorables à leur survie.
Il est inutile de débattre pour savoir la quelle des ces deux menaces nous force à réagir car elles sont toutes les deux graves, d’une probabilité quasi certaine et imminente, moins que la durée d’une vie.
Autre inconvénient de l’énergie fossile : la dépendance
énergétique
« L’Union européenne, qui consomme environ 16 % de l’énergie
mondiale, est le premier importateur du monde.
De 1994 à 2004, le taux de dépendance énergétique de l’Union
a considérablement augmenté, puisqu’il est passé de 43 à 50,5 % (Eurostat
2007).
Les hydrocarbures jouent un rôle primordial dans cette
situation. Le pétrole et le gaz naturel, qui ont fourni 61 % de la consommation
énergétique en 2004, doivent être en grande partie importés. Les seuls
gisements européens importants sont ceux de la mer du Nord qui fournit actuellement
la moitié du gaz et un quart du pétrole consommé en Europe. Mais les réserves
sont limitées et à l’horizon 2025 les hydrocarbures de la mer du Nord seront
pratiquement épuisés ; l’Europe devra alors importer la totalité du pétrole et
du gaz naturel de régions plus éloignées et géopolitiquement sensibles comme la
Russie, l’Asie centrale et le Moyen-Orient.
Comme par ailleurs l’Europe importe de plus en plus de
charbon, la dépendance énergétique totale de l’Union Européenne pourrait
atteindre 80 % en 2025. »
( cf article dans Sciences Humaines.com )
Le taux d’indépendance énergétique de la France est
d’environ 50 %.
Mais elle beaucoup plus exposée sur son approvisionnement en hydrocarbures, que ses collègues européens. La France importe 100 % de sa consommation de charbon, 99 % de sa consommation de pétrole et 98 % de sa consommation de gaz.
Chaque année en France, la balance nette en approvisionnement énergétique est de 36 milliards d'euros pour le pétrole, de 9 milliards d'euros pour le gaz et de 1,5 milliards d'euros pour le charbon.
( cf site web Ministère de l'Industrie )
Une alternative technologique existe : une économie basée
sur l’Hydrogène
Devant la crise potentielle que représente la fin de l’ère
du pétrole, il est urgent de développer des solutions alternatives.
Le pétrole a deux fonctions : source primaire d’énergie et
vecteur d’énergie.
Face à la disparition du pétrole, il faut trouver non
seulement une (des) sources d’énergie alternatives, mais aussi des vecteurs
d’énergie compatibles avec les productions et l’utilisation des nouvelles
sources d’énergie.
Les sources d’énergie disponibles sont :
|
Sources d’énergie |
Forme |
Limitation |
|
Sources fossiles |
|
Ressources limitées Responsables des GES |
|
Renouvelables issu du
soleil |
· Solaire · Eolien |
Production intermittente Production totale limitée |
|
· Force des vagues |
Technologie non maîtrisée
(stade maquette) |
|
|
· Hydraulique · Biomasse |
Production totale limité
(surface cultivable ou rivières aménageables) |
|
|
Autres renouvelables |
|
Production totale limitée
à des sites naturels favorables, parfois technologie non maîtrisée
(maquette), sauf géothermie profonde et haute énergie. |
|
Nucléaires |
|
Stock uranium Déchets |
|
Technologie non maîtrisée
(stade principe physique seulement) |
Transport & stockage de l’énergie : le problème du
vecteur.
Si nous supprimons les hydrocarbures, la quasi-totalité des
sources d’énergie alternative se présentent sous la forme de chaleur ou de
mouvement mécanique.
|
Chaleur |
Mouvement |
|
Solaire (ou électricité
directe) Géothermie Fission & fusion |
Hydraulique Force des vagues Eolienne |
Sauf dans le cas de l’énergie solaire utilisée directement
dans les habitations comme chauffage, les autres formes doivent être
transformées dans une nouvelle forme d’énergie que nous appelons vecteur. Pour
l’essentiel actuellement les sources alternatives au pétrole sont actuellement
transformées en électricité.
Les principaux vecteurs sont :
|
Vecteur |
Avantage |
Limitation |
|
Pétrole |
Stockable Transportable sur longues
distances (inter continentales) |
Le vecteur est directement
la source d’énergie primaire dont les stocks sont limités et dont
l’utilisation produit des GES |
|
Electricité |
Transportable sur moyenne
distance Production facile à partir
de chaleur ou de mouvement |
Stockage en masse
impossible (impossible de stocker 10% de la production électrique d’une
journée) Stockage faible capacité
par batterie trop limité (mauvais rendement, stockage totale insuffisant pour
le transport routier) |
|
Autre composé Carboné (ex Ethanol ou huile) |
Stockable Transportable sur longue
distance (inter continentales) |
Production par la biomasse
insuffisante pour couvrir tout notre besoin. En concurrence avec la
production alimentaire |
|
Hydrogène H2 |
Facile à produire à partir
des sources alternatives au pétrole Stockable Transportable sur longue
distance (inter continentales) |
Progrès à faire dans le
stockage final. |
Quelles sources et quel vecteur si nous supprimons les
énergies fossiles.
Si nous supprimons les énergies fossiles il faut trouver des
sources primaires ayant déjà démontrée leur capacité réelle de fournir de
l’énergie en grande quantité.
Mix énergétique de la France
Source DGEMP
Dans un horizon court terme seul le nucléaire peut garantir
une production suffisante pour remplacer les sources fossiles.
Les énergies renouvelables complémentaires dont la
production est déjà significative sont l’hydraulique et l’éolien
Les autres sources dont le potentiel est intéressant sont la
géothermie, le solaire (en plus du chauffage local), l’utilisation de la
biomasse. Mais dans l’état actuel de
notre technologie, elles ne seront que des énergies d’appoint (inférieur à 20%
du besoin) à court terme.
Devant l’urgence de la situation, pour remplacer le pétrole
a court terme, il faut partir des solutions déjà validées pour la production de
masse :
Nucléaire - hydraulique - éolien dans cet ordre
L’hydraulique en France est déjà proche du maximum de son potentiel,
car les sites favorables sont limités.
Devant l’urgence de la situation il faut en premier lieu
s’assurer d’un approvisionnement en Hydrogène qui existe et qui soit prêt pour répondre au besoin actuel.
Les énergies alternatives n’étant pas encore assez développées pour couvrir plus de 20% de la consommation électrique, nous ne pouvons pas a court terme, moins de 20 ans, parier sur ces énergies pour faire, en plus de 100% de la future production d’électricité, l’énergie nécessaire au remplacement du pétrole.
Pour rappel, le rendement énergétique pour l'équivalent d'un MWh d'électricité en Tonne Equivalent Pétrole est de :
- 86 % pour une centrale géothermique haute énergie
- 26 % pour une centrale nucléaire
- 26 % pour une centrale thermique (pétrole, gaz, charbon)
- 8,6 % pour une centrale hydraulique, solaire ou éolienne.
Source AIE
Il faut avoir des vecteurs compatibles avec les sources
disponibles à moyen court terme.
Electricité insuffisant = problème du transport. Limitation
intrinsèque de la batterie.
Il n’existe pas de rupture depuis 50 ans, même sous
l’impulsion des fabricants d’électronique, PC portable, téléphone et lecteur
portable) qui ont tous le problème de l’autonomie.
Seule, la combinaison de l’Hydrogène et de l’électricité représente une voie prometteuse pour assurer un vecteur exempt d'émissions nocives et basé sur une énergie durable.
L’Hydrogène peut remplacer le pétrole comme vecteur
d’énergie pour le transport
1) la technologie est déjà à l’état de démonstrateur pour le
transport routier.
La technologie du moteur à pile. Plusieurs technologies sont déjà disponibles (Phosphoric Acid, Proton Exchange Membrane or Solid Polymer, Molten Carbonate, Solid Oxide, Alkaline, Direct Methanol Fuel Cells, Regenerative Fuel Cells, Zinc Air Fuel Cells, Protonic Ceramic Fuel Cell)
Le principe consiste en la combustion par catalyser de
l’Hydrogène qui permet de produire directement de l’électricité. Seul de la
vapeur d’eau est rejetée.
Pour rappel, un moteur a combustion classique, en plus de
rejet de CO2, rejette aussi de l’eau (H2O). Donc il n’y pas de problème nouveau
généré par ce rejet.
Type de Moteur Vapeur
d’eau par kilomètre
|
Type de Moteur |
Vapeur d’eau par kilomètre |
|
|
Combustion à essence |
0,62 l. |
|
|
Pile à Hydrogène |
0,40 l |
|
Vous trouverez ci-dessous deux vidéos expliquant le principe de la pile à combustible
Un grand programme de bus démonstrateurs à Hydrogène a été
déployé dans douze villes (Amsterdam, Barcelone, Hambourg, Londres, Luxembourg,
Madrid, Pékin, Perth, Porto, Reykjavik, Stockholm, Stuttgart… et aucune ville
Française)
La démonstration utilise des Bus (Daimler Benz)
Regardez cette vidéo HyFLEET de CUTE
Source: DaimlerChrysler AG
Le même industriel est d’ores et déjà capable de proposer des prototypes de voitures particulières :
Necar 4 est une Mercedes avec un réservoir d’Hydrogène
gazeux
Source: DaimlerChrysler AG
D’autres industriels comme BMW ont développé des véhicules à
moteur à explosion classique mais utilise de l’Hydrogène H2 comme combustible
Chez BMW, une première série de cent automobiles BMW série 7
à Hydrogène a été décidée. « La première livraison a été réalisée en avril
2007, à Munich, Berlin, Tokyo, Los Angeles où se trouvent des stations
d'Hydrogène, et nulle part en France (!). «
Pour le stocker cet Hydrogène, BMW a fait le choix technique de l'Hydrogène liquide.
Le plein d'Hydrogène dans une station Total
Depuis le ministre président de Bavière utilise un tel
véhicule pour ses déplacements.
D’autres constructeurs concentrent aussi une partie de la
leur efforts sur ce type de véhicules :
GM lance l'Hydrogène pour les particuliers — Plus de 100 familles américaines vont recevoir des Chevrolet Equinox à Hydrogène pour un test en utilisation réelle, auprès de clients finaux, Quant à Toyota, le constructeur japonais a établi un nouveau record d'autonomie pour une voiture à pile à combustible (PAC) alimentée par de l'Hydrogène.
Une troisième voie est explorée par le constructeur japonais
Mazda . Elle combine un moteur à piston rotatif et un alternateur électrique.
Le moteur peut être alimenté par de l’hydrogène gazeux ou de l’essence. En
usage d’hydrogène gazeux, l’autonomie de 200 km est satisfaisante.
Pour rappel, le rendement du réservoir à la roue d’un moteur à essence est de 35 %, tandis que pour un moteur électrique alimenté par une pile à combustible et hydrogène gazeux, il est de 50 %. Pour un moteur brûlant de l’Hydrogène liquide ou gazeux le rendement est de 35 %. (source rapport Syrota)
2) Les experts de l’Europe travaillent déjà à l’économie de
l’Hydrogène
Une feuille de route européenne préliminaire a été établie
pour la production et la distribution de l’Hydrogène – ainsi que des systèmes
de piles à combustible et d’Hydrogène – en vue de passer à une économie
orientée vers l’Hydrogène d’ici 2050.
Pour cela l’Europe finance plusieurs projets connexes à
l’économie de l’Hydrogène (voir la liste ci-dessous). Dans le même temps la
France durant le Grenelle de l’Environnement ne mentionne même pas le sujet.
L’objectif de ce projet est de développer une pile à
combustible à bas coût pour des piles directes portables à l'éthanol ou au
méthanol. Le défi à relever consiste à obtenir un fonctionnement efficace à de
très basses températures et à un coût très réduit. Ces dispositifs pourraient
être utilisés pour des applications en micro-énergie (par ex. les téléphones
mobiles, les ordinateurs portables), ou pour l’énergie portable (par ex. : les
équipements de loisirs, les machines-outils, etc.).
Ce projet utilisera les plus récents matériaux et procédés
de production pour développer et tester un électrolyseur à haute température
innovateur pour une production d’Hydrogène efficace et à bas coût, en utilisant
des technologies de conversion électrochimique à oxyde solide planaire.
BIO-H2
Ce projet analyse la possibilité de réformer le bioéthanol
pour produire de l’Hydrogène à bord d‘un véhicule.
Ce réseau thématique réunit les parties prenantes pour
proposer une feuille de route européenne de l’Hydrogène qui définisse des
stratégies de transition qui permettront de passer des systèmes d’énergie
actuels à base de combustibles fossiles aux systèmes futurs d’énergie durable,
basés en grande partie sur l’électricité et l’Hydrogène. Cette initiative a
mené au projet HYWAYS, qui réalise une analyse techno-socio- économique
approfondie des options de production de l’Hydrogène.
Le Projet Européen d’Hydrogène Intégré est un projet de RDT
prénormatif réunissant 20 partenaires et traitant de l’harmonisation mondiale
des règlements de l’UE pour les véhicules alimentés à l’Hydrogène gazeux
comprimé et liquide et pour l’infrastructure de rechargement du combustible
nécessaire.
Ce Réseau d’Excellence réunit de grandes entreprises
industrielles et d’importants organismes de recherche pour collaborer à la
recherche sur toute une série de questions relatives à la sécurité de
l‘Hydrogène pour les infrastructures et les véhicules utilisant de l’Hydrogène.
Ce regroupement de neuf projets fixe les critères en matière
de composants et de systèmes pour les véhicules à piles à combustible. Parmi
ces projets figurent des projets visant à développer des processeurs à combustible
(par ex. à l’essence, au méthanol, à l’éthanol) ainsi que des composants
essentiels pour les systèmes basés sur les piles à combustible.
Ce projet, mené par de grands constructeurs automobiles
européens et par des fournisseurs d’Hydrogène, vise à développer des systèmes
robustes, sûrs et efficaces pour le stockage de l’Hydrogène à bord de
véhicules, en mesure d’être utilisés dans des véhicules équipés d’un moteur à
combustion interne ou de piles à combustible alimentées à l’Hydrogène.
Il s’agit du plus grand projet de démonstration au monde. Il
implique une flotte de bus alimentés aux piles à combustible. Neuf villes
européennes (dont aucune en France) possèdent 27 bus de ce type qui assurent un
service régulier depuis deux ans, combinant les nouveaux systèmes pour la
production d’Hydrogène, le stockage et l’approvisionnement. Ce projet est
complété par le projet ECTOS en Islande.
http://www.fuel-cell-bus-club.com/
Regardez cette vidéo HyFLEET de CUTE
3) L’Islande se prépare à basculer vers une économie basée
sur l’Hydrogène
L'Islande a déjà commencé son projet de devenir complètement
indépendante du pétrole à partir de 2030 en utilisant ses ressources
géothermique et hydroélectrique pour la production d’Hydrogène.
Ceci se fait à travers un projet national piloté par le
ministère de l’industrie qui a donné lieu à la création d’une société Icelandic
New Energy Ltd (INE). En plus de l’Etat Islandais et de sa compagnie
d’électricité, sont présentes au capital les sociétés Daimler et Shell. Nous
remarquons à nouveau l’absence d’acteurs français comme Total ou Peugeot /
Renault.
En plus sa participation dans les démonstrateurs de flotte de bus (projet CUTE & ECTOS), l’Islande prévoit des démonstrateurs pour des véhicules particuliers et sa flotte de pêche.
D'autre part, en Italie, une ville Arezzo va faire un usage urbain de l'hydrogène, pour son industrie d'orfèvrerie et ses habitants. La production d'hydrogène sera faite avec des panneaux solaires.
Pour rappel, en France jusqu'en 1970, Gaz de France utilisait un mélange d'hydrogène et de gaz naturel pour son réseau urbain de gaz.
4) La technologie Hydrogène est aussi utilisable pour le
transport aérien et maritime
La technologie de pile a combustion peut être adaptée
facilement au transport maritime, car la génération de courant peut aussi
facilement alimenter un moteur électrique d’un bateau que celui d’une voiture.
Par contre, l’aviation présente une problématique
différente.
Les avions à hélice peuvent certes eux aussi utiliser des
moteurs à piles à combustion. Le centre européen de recherche et développement
de Boeing situé à Madrid a réalise un prototype d'aéronefs fonctionnant avec
une batterie hybride lithium-ion couplé à une pile à combustible à membrane
échangeuse de proton. Boeing procèdera courant 2007 à plusieurs vols.
L’Hydrogène peut directement être utilisé comme combustible
dans un moteur à réaction. De telles études ont déjà été réalisées dans les
années 50 (Lockheed CL-400 Suntan), mais l’absence d’intérêt industriel à l’époque, a stoppé ces recherches.
Le groupe Safran (ex Snecma) s’est penché récemment sur la
question à travers le projet Cryoplane. Les études de faisabilité ont permis de
conclure que le remplacement du kérosène par l’hydrogène dans les avions de
ligne pourrait donner naissance aux futurs "Cryoplanes".
Les défis technologiques sont cependant nombreux et
certaines interrogations demeurent. Mais qu’il s’agisse de la technologie nécessaire
à la réalisation d’un avion, des composants du moteurs, de la mise en place
d’une filière hydrogène (fabrication, distribution, stockage) rien n’est
véritablement hors de portée du savoir-faire actuel.
Enfin dans ses programmes exploratoires, l’Agence Spatiale Européenne étudie l’idée d’un avion hypersonique baptisé A2, propulsé par un moteur à Hydrogène, et qui pourrait voler à la vitesse incroyable de Mach 5, (voir ci-dessous la maquette comparée avec celle d’un A380)
Les centrales nucléaire de 4 ème génération pourraient
produire de l’Hydrogène
Grâce à l’électrolyse haute température, entre 700°C et 1
000°, nous pourrons dissocier la molécule d’eau en Hydrogène et oxygène. Ce
procédé de production massive a été particulièrement étudié en Allemagne,
années 70 à 80, avant d’être mis de coté pour des raisons politiques. Depuis
des avances significatives permettent d’envisager de nouveaux développements.
L’électrolyse haute température permet de fabriquer de
l’Hydrogène avec une énergie moindre grâce à l’augmentation de la cinétique des
réactions à haute température. Elle permet d’utiliser de forte densité de
courant assurant une forte capacité de production dans un faible volume. Enfin
l’apport d’une partie significative de l’énergie sous forme de chaleur au lieu
de d’électricité permet de diminuer le coût de production.
Ceci est particulièrement intéressant pour la production d’Hydrogène dans une centrale nucléaire qui permet d’utiliser la chaleur des circuits de refroidissement d’une centrale à haute température, génération 4, pour co-générer de l’Hydrogène.
Des réacteurs haute température à gaz ont déjà été testés
notamment en Allemagne, projet aussi stoppé pour raisons politiques. D’autres
tests sont en cours de réalisation au japon.
Areva a déjà développé un concept de réacteur nucléaire à
haute température utilisable pour la cogénération d’électricité et d’Hydrogène.
A court terme, le basculement de l’intégralité du secteur du
transport à la technologie d’Hydrogène en France, nécessiterait de doubler le
nombre de centrales nucléaires.
Si cela est certes important, cela reste néanmoins
totalement dans le domaine du faisable.
Resterait la consommation pour le logement. Mais bien
isolés, créant une grande partie de leur chaleur par l’énergie solaire, les
bâtiments modernes n’auront besoin que d’un apport en électricité pour les
appareils domestiques : Le logement peut aussi ne plus être dépendant de
l’énergie fossile.
De plus le passage à la technologie de l’Hydrogène est en rien contradictoire avec une meilleure efficacité énergétique et comme nous allons le voir, le développement de sources alternatives. Ces efforts permettront de limiter le nombre de centrale à ajouter afin de remplacer totalement les énergies fossiles.
L’économie de l’Hydrogène n’est pas liée de façon
indissociable au nucléaire. Au contraire l’Hydrogène comme vecteur d’énergie
peut aider au développement d’énergies renouvelables
A court terme, le remplacement du pétrole par de l’Hydrogène nécessite le recours au nucléaire, seul capable de faire face en si peu de temps à une telle demande en énergie. L’Hydrogène peut être aussi produit grâce d’autres sources d’énergies
Production par électrolyse, grâce à l’électricité verte :
éoliennes, centrales hydrauliques, énergie des vagues.
Grâce à l’électrolyse, nous pouvons transformer de l’électricité
en Hydrogène. Si cette opération se fait au prix d’une perte d’énergie,
rendement inférieur à 100%, la production d’Hydrogène permet de résoudre
certains problèmes liés à ces énergies renouvelables. En effet la production de
ces énergies est souvent intermittente et la production qui dépend de facteur
naturel est parfois éloignée des centres de consommation.
La transformation d’une partie de l’énergie électrique en
Hydrogène permet de résoudre le problème de stockage, et donc celui de la
production intermittente.
Le stockage en Hydrogène permet aussi d’envisager la production dans des sites très éloignés des centres de production. Ainsi nous pouvons envisager de déployer tout le long de la crête de la cordillère des Andes des éoliennes fabriquant de l’électricité, transformée dans les vallées en Hydrogène, acheminé dans des pipelines vers les ports et les navires de transport.
Le couplage éolien-hydrogène a été prouvé, cf Le projet d'Utsira (p54).
Une carte modiale des vents, avec le potentiel éolien a été faite en 2005 par deux membres de l'Université de Stanford (Californie USA).
Des projets très intéressants sur des Hydroliennes sont aussi à l'étude, notamment en France et au Royaume Uni.
Production par électrolyse grâce à la géothermie.
Actuellement, la géothermie haute énergie est possible dans
des sites favorables, poche magmatique
proche de la surface. Le même problème de transport de l’énergie sera résolu
par l’Hydrogène.
L’Islande projette de tirer profit de ses ressources géothermales pour devenir la première
société entièrement basée sur l’Hydrogène.
La géothermie haute profondeur offre des possibilités, mais reste au niveau de la maquette.
Production à partir de la biomasse
Le bois et les déchets végétaux, comme la paille, peuvent être gazéifiés en gaz de synthèse (H 2 + CO2). Comme nous utilisons des plantes qui se renouvellent, le bilan en émissions de CO2 est neutre. La seule limite est la quantité de biomasse disponible.
Production directe par des micro-organismes
Certaines bactéries et micro - algues produisent de l’Hydrogène sous l’effet de la lumière. Mais les rendements sont très faibles. Cette méthode est encore à l’état de recherche en laboratoire. Des modifications génétiques, par exemple, pourraient permettre de les stimuler. (cf Articles de Sciences et Vie)
Autres prospections
Encore à l’état de recherche fondamentale, la photolyse de
l’eau permettrait de produire de l’Hydrogène directement à partir de la lumière
solaire. Cela grâce à des cellules photo - électrochimiques qui combineraient
énergie photovoltaïque et électrolyse. À quand les « panneaux solaires à
Hydrogène » sur les toits ?
Si avec le nucléaire un basculement rapide à une économie de l’Hydrogène, est garanti ; une fois ce basculement fait, le développement des énergies renouvelables ne sera pas bloqué bien au contraire. L’Hydrogène combiné à l’électricité permettra un déploiement plus facile de ces énergies à chaque fois que ce déploiement bute sur des problèmes le stockage ou de transport intercontinental.
Les obstacles à surmonter
La technologie de l’Hydrogène est déjà à la phase de la validation industrielle
De l’idée à sa réalisation : les différentes phases du
développement d’un produit innovant.
Avant qu’une innovation vienne modifier notre mode de vie,
il faut qu’elle ait franchie plusieurs étapes :
1. La
validation physique
Généralement, à l’origine d’une innovation, un principe
physique a été exploité.
Par exemple l’air chaud plus léger que l’air est le principe
sous-jacent à la montgolfière. Le développement extraordinaire de la physique a
permis de transformer de nombreuses nouvelles lois physiques en innovation : de
l’électricité à l’ampoule, de la physique quantique à l’électronique, de la
relativité à l’énergie nucléaire.
A contrario, au fur et à mesure que la physique a progressé,
les lois nouvelles ont non seulement ouvert de nouveaux champs d’application
mais aussi ont donné des limites infranchissables.
Le deuxième principe de la thermodynamique par exemple. Il
n’y a pas de possibilité de dépasser les lois de la physique. Pas de moteur à
d’eau et c. Ceci doit tempérer les rêves des non physiciens qui extrapolent les
progrès futurs à partir des progrès passés.
A ce stade initial de développement nous retrouvons la
fusion nucléaire qui sur le principe fournirait une énergie inépuisable à
l’échelle de l’humanité. Mais ne nous y trompons pas l’ITER qui va être
construit n’est qu’une expérience de physique fondamentale et non pas encore
une maquette pour valider la deuxième étape.
2. La
validation technologique
La maquette et le prototype : pour passer de l’idée à la
réalisation il faut maîtriser les lois physiques mis en œuvre. Le prototype
sert à démontrer que la physique a pu être maîtrisée. Si la démonstration n’est
que partielle, échelle réduite, domaine d’utilisation limitée, nous parlerons
de maquette.
Si comme nous l’avons dit la fusion n’a pas encore atteint
ce niveau, les centrales de 4ème génération ont au moins franchies l’étape de
la maquette.
3. La
validation industrielle
La possibilité de produire de façon industrielle le
prototype.
C’est déjà à ce niveau avancé que se situe la technologie de
l’Hydrogène. Pour être sur de parvenir à ce niveau, les chercheurs ont
développé des piles à combustion sans
catalyseur platine ce qui aurait été un blocage pour franchir cette étape.
En résumé, l’essentiel des technologies pour basculer vers l’Alternative Hydrogène sont à l’orée de la validation industrielle.
Développement industriel : le problème de l’œuf et de la
poule
Il n’y aura pas spontanément de développement industriel de
véhicule à base d’Hydrogène tant qu’il n’y aura pas un marché pour cela. Nous
retrouvons donc devant un problème type « œuf et poule ».
En effet :
· Pas de
marché pour les véhicules à base d’Hydrogène tant qu’il n’y pas eu de
développement d’une infrastructure d’approvisionnement en Hydrogène.
· Pas de
développement d’une infrastructure d’approvisionnement d’Hydrogène, tant qu’il
n’y a pas de marché pour les véhicules à base d’Hydrogène
Pour les industriels, se lancer trop tôt, c’est prendre un
risque économique. Ils surveillent ce sujet pour être prêts à temps, et pour
l’instant ils se limitent aux validations technologiques moins coûteuses. Se
lancer dans une validation industrielle nécessite un investissement colossal,
et le faire trop tôt c’est perdre de l’argent dans un outil qui sera longtemps
en surcapacité.
A titre d’exemple la crise de 2001 qui a frappé les
constructeurs télécoms, n’était pas dû au fait que nous n’aurons pas besoin de
leurs infrastructures en fibre optique, mais au fait qu’ils ont déployé des
capacités de débit trop vite par rapport au besoin , avant le développement généralisé de la vidéo sur Internet (légal
ou pas) des partages de gros fichiers et des chats vidéo. Maintenant les
sociétés Free, Neuf Cegetel, Numéricable, et France Telecom se lancent en 2007
voir plutôt en 2008 sur le déploiement de la fibre optique, soit plus de sept
ans après. Quelle industrie peut survivre avec sept ans de stock ou de
surcapacité sans être en crise ?
Ce risque économique est valable pour tous les types
d’industrie qui seront impliqué dans la filière Hydrogène :
- Les
constructeurs de véhicules, en France potentiellement Airbus, Renault et
Peugeot-Citroën.
- Les
fabriquant d’infrastructures pour la fabrication de l’Hydrogène, en France
potentiellement : Areva et Alstom
- Ceux qui fabriqueront
l’Hydrogène, en France potentiellement Total, EDF, Gaz de France, Suez et Air
Liquide
- Ceux qui
conditionneront et distribueront l’Hydrogène, en France potentiellement Total,
Gaz de France, Suez et Air Liquide
L’Etat a donc un rôle à jouer. Comme garant de l’intérêt
général, il a l’obligation de faire sortir la France au plus vite de sa
dépendance aux énergies fossiles, responsables des Gaz à Effet de Serre.
Il peut, en synchronisant le basculement vers la solution
Hydrogène, offrir aux industriels une garantie sur le risque d’avoir investi
trop tôt. De plus en ce faisant il s’assure que les industriels Français
n’investiront pas « trop tard ».
L’Etat peut forcer ce basculement grâce à la voie
réglementaire et fiscale (taxe CO2). De ce fait, il peut en concertation avec
les industriels concernés être celui qui synchronise le basculement et donc
celui qui garanti contre les risques économiques.
Par son action transverse de maître d’ouvrage, il s’assure
que tous les éléments de la chaîne se développent en phase.
Dans ce cadre, l’investissement sera partagé entre les différents acteurs et l’Etat n’aura comme rôle que celui qui amorce la pompe par des commandes garanties. Mais l’Etat Français ne supportera pas l’essentiel de l’investissement, ce qui ne peut pas être envisagé dans sa situation financière actuelle.
Une opportunité formidable
Les défis liés aux changements climatiques et la
l’épuisement des réserves d’énergies fossiles, imposeront à moyen terme la fin
de notre mode de vie actuel.
Devant cette menace, certains recyclerons leur
antilibéralisme dans une attitude malthusianisme et anti-technologique.
D’autres feront le choix de l’innovation et relégueront, si elles réussissent,
les tenants du premiers choix aux rangs de pays sous développés.
N’oublions pas l’exemple de la Chine, alors en avance sur
l’occident, qui a raté la révolution technologique et industrielle en se
refermant sur elle-même. L’Empereur par une stricte application du « principe de précaution » condamnait à
mort tous ceux qui auraient construit
des bateaux de plus d’un mât capables d’aller en haute mer et de créer des
contacts avec des pays étrangers inconnus. Cent ans auparavant, les chinois
avait pourtant explorés la côte africaine, mais ils ont tourné le dos à
l’inconnu et ont laissé les européens devenir la seule civilisation
technologique qu’ils doivent maintenant rattraper.
Il est probable que les pays qui feront en premier les bons
choix technologiques ; au moment du basculement OBLIGATOIRE lors de la fin de
la civilisation du pétrole, auront une avance considérable qui leur garantira
un développement économique non rattrapable à court terme.
Les géants industriels qui se formeront les premiers sur ces
technologies de l’Hydrogène seront pour longtemps incontournables par les
nouveaux arrivants. En effet il s’agira d’une industrie fortement technologique
et nécessitant d’énormément de capitaux. Dans ce cas de figure l’avance des
premiers est quasi irrattrapable. Nous observons ce type de situation dans
l’aéronautique (Boeing et Airbus) ou la fabrication de micro - processeurs
(Intel et AMD). L’avance technologique et l’investissement en capital les
mettent pour longtemps à l’abri de nouveaux entrants.
Il en est de même pour des secteurs comme l’automobile,
l’industrie pétrolière etc.
En faisant le bon choix la France peut trouver là les points
de Croissance qui lui manque.
Par contre elle ne peut pas le manquer. Du fait de la
lâcheté de ses gouvernants actuels face à la peur automatique vis-à-vis des
nouvelles technologies, elle est déjà en train de rater la révolution de la
biotechnologie au nom d’un principe de « précaution » mal compris qui n’a de
toute façon aucun sens s’il n’est pas généralisé à l’échelle mondiale.
Notre attitude de replis vis-à-vis de l’innovation peut nous
exclure de la potentielle révolution de ce secteur. Les nouvelles sociétés de
biotechnologies seront près de Cambridge ou de Boston mais pas en France. Si
les OGM débouchent sur des médicaments innovants, nous devrons les importer
alors que nous étions au départ dans la course avec le génopôle d’Evry.
La France grâce au courage de la génération politique
précédente se trouve dans une des meilleures positions pour relever le défi du
basculement vers la technologie de l’Hydrogène.
Elle possède avec son savoir faire nucléaire la capacité de produire en masse de l’Hydrogène. Des grands groupes comme Total,Suez, Gaz de France ou Air liquide sont présents sur son territoire et elle possède une industrie automobile encore forte. Néanmoins l’essentiel de l’innovation sur les moteurs à Hydrogène se fait Outre Rhin. Il est donc nécessaire d’amorcer une dynamique avant que le retard ne soit trop important.
Propositions
Julien IRONDELLE et Max STELLMACHER
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Documents complémentaires
Deuxième film Détails sur le record de la BMW H2R (302,4 Km/h, le 30 septembre 2004, Miramas, France)
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