Hydrogène : tout savoir en 7 questions

L’hydrogène est un des éléments naturels qui composent l’univers, le plus petit et le plus abondant !

L’hydrogène, comme le fer ou le cuivre, est un des 118 éléments naturels connus à ce jour qui composent l’univers. Comme tous les éléments, il se présente sous forme d’atomes c'est-à-dire un noyau autour duquel gravitent des électrons : en l'occurrence pour l’hydrogène c’est facile, un seul électron gravite autour d’un noyau composé d’un seul et unique proton.

Si l’hydrogène est la molécule la plus abondante de l’univers, il a une particularité : ce n’est pas un solitaire ! Dans la nature, il est souvent combiné avec d’autres éléments, à commencer par l’eau (H₂O) composée de 2 atomes d’hydrogène combinés avec un atome d’oxygène, ou encore dans les carburants fossiles où l’hydrogène est combiné avec des atomes de carbone (essence = C₇H₁₆).

L’hydrogène, ce sont des dizaines d’applications, dans des domaines très variés !

L’hydrogène est utilisé depuis des années dans de nombreuses applications industrielles. 

Aujourd’hui il sert principalement à fabriquer de l’ammoniac (indispensable à l’industrie des engrais) et est utilisé dans la raffinerie, pour désulfurer les carburants notamment. Il sert également à la fabrication de composants électroniques ou encore à la propulsion des fusées. 

À la faveur de la transition énergétique, de nouvelles applications de l’hydrogène se développent : pour décarboner les industries les plus intensives en carbone comme la sidérurgie ou l’industrie du verre mais aussi dans le domaine de la mobilité (voiture, bus, camion, train, bateau et camion à hydrogène). 

On appelle enfin l'hydrogène l'allié des énergies renouvelables car il peut être utilisé pour stocker de l’énergie pendant de longues durées et permet donc de pallier l’intermittence des énergies renouvelables.

L’hydrogène a historiquement été produit à base d’énergies fossiles… Son avenir sera résolument bas carbone et renouvelable !

Aujourd’hui dans le monde, environ 95 % de l’hydrogène est encore produit à partir d'énergies fossiles (dont le méthane : CH₄)¹. Concrètement, on utilise un procédé nommé « vaporeformage du méthane » qui consiste à faire réagir du méthane avec de l’eau pour obtenir d’un côté du CO₂ de l’autre de l'H₂. Ce procédé de production engendre donc des émissions de CO₂.

Notre objectif : passer le plus rapidement possible à des méthodes de production décarbonées.

Plusieurs options existent déjà :

Toujours à partir de de méthane mais :

• en captant le CO₂ émis lors du vaporeformage. L’hydrogène produit est alors considéré comme bas carbone.
• en utilisant du « biométhane », un gaz issu de la fermentation de matières organiques telles que les déchets alimentaires ou agricoles, et non d’origine fossile. L'hydrogène produit est alors d’origine renouvelable.

Mais aussi à partir…. d’eau !
L’électrolyse de l’eau (H₂O) permet également de produire de l’hydrogène en cassant la molécule d’eau grâce au courant électrique. Si l’électricité utilisée est issue d’une source renouvelable (ex : solaire) ou bas carbone (ex : nucléaire), l’hydrogène produit est respectivement renouvelable ou bas carbone.

L’hydrogène n’est pas la solution à tout, mais pour le climat il peut changer la donne.

Il n’y a pas une seule et unique solution face au réchauffement climatique. L’hydrogène ne fera pas la transition énergétique à lui seul mais la transition énergétique ne se fera pas sans hydrogène. 

L’hydrogène et ses dérivés pourraient d’ailleurs représenter entre 10 et 20 % du mix énergétique à horizon 2050 (sources : IRENA, Conseil de l’Hydrogène), notamment parce qu’il permet de décarboner l’industrie et les transports lourds, pour lesquels il n’y a pas, ou peu, d’alternatives (voir la question “L’hydrogène, ça sert à quoi ?”). 

Pour décarboner notre société, ce qui est certain, c’est qu’il est indispensable que l’hydrogène produit soit le plus bas carbone possible, sinon cela a beaucoup moins d’intérêt en matière de lutte contre le réchauffement climatique. Heureusement de l’hydrogène bas carbone, on en produit déjà ! Tout l’enjeu est d’en produire assez pour décarboner à grande échelle. Ça tombe bien, les capacités de production se développent et c’est toute une filière qui s'accélère.

L’hydrogène est un gaz… Comme tout gaz, il est nécessaire de connaître ses caractéristiques pour l’utiliser en toute sécurité !

L’hydrogène est un gaz non toxique, non corrosif, non polluant, il n'a pas d'effet toxicologique connu (non cancérigène, non tératogène*). Il peut être inflammable ou explosif mais n’est pas plus dangereux que le gaz naturel ou l’essence et certaines de ses caractéristiques sont même des atouts en termes de sécurité : l’hydrogène a l'avantage d'être léger et de se disperser facilement, à l'air libre comme dans un milieu confiné et ventilé.

Dans l’industrie, il est utilisé de manière courante depuis des décennies dans de nombreuses applications avec un taux d’accident inférieur au taux d’accident dans l’industrie**. 

Dans la mobilité où son usage se développe, le réservoir de stockage de l’hydrogène présent dans les véhicules est adapté à cet usage. Les tests les plus extrêmes ont ainsi démontré que la voiture à hydrogène n’est pas plus dangereuse qu’une voiture traditionnelle à essence.

En cas d'accident de la route, dans un parking souterrain ou un tunnel, la sécurité du réservoir hydrogène est assurée par la ventilation, et, en cas d'incendie, par la libération maîtrisée de l'hydrogène créant une flamme sans générer d'explosion.

Bref, avec l’hydrogène, comme avec toute source d’énergie, il faut respecter les règles de sécurité !

Entre hydrogène et batterie électrique, tout est une question de complémentarité et d’utilisation.

Vous avez lu plus haut que la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau nécessite l’utilisation d’électricité… Et aussi, que l’hydrogène peut à son tour servir à produire de l’électricité au moyen d’une pile à combustible pour faire avancer un véhicule ! Alors pourquoi ne pas utiliser cette bonne vieille batterie qui fonctionne déjà très bien, sans passer par la case hydrogène ?

Aujourd’hui, c’est tout à fait vrai, certains usages sont propices à l’utilisation de la batterie électrique : on pense notamment aux voitures particulières. 

Mais dans certains cas, par exemple lorsque l’on a besoin de grandes quantités d’énergie (pour parcourir de longues distances ou pour transporter des marchandises lourdes) ou lorsqu’il n’est techniquement pas possible d’embarquer le nombre nécessaire de batteries du fait de leurs poids, ou encore pour minimiser les temps de rechargement (il faut par exemple 30 minutes pour un véhicule électrique pour se recharger complètement sur une borne de recharge rapide alors que le remplissage des réservoirs d'hydrogène prend autant de temps qu'un plein d'essence), l’hydrogène devient plus intéressant que les batteries. Nous sommes donc convaincus de sa pertinence pour des usages tels que le transport lourd, les flottes captives (comme les taxis), l’aviation ou dans le secteur maritime. L’hydrogène n’a ainsi pas vocation à être utilisé partout et tout le temps. Il faut adapter la source d’énergie à l’usage.

L’hydrogène suscite le débat et tant mieux ! 

C’est vrai, quand on parle d’hydrogène, il est facile de trouver des détracteurs et des défenseurs tout aussi convaincus... Par exemple, beaucoup de détracteurs avancent le fait que l’hydrogène est encore majoritairement produit à partir de combustibles fossiles (c’est vrai !) et qu’il n’est donc pas pertinent d’en développer les usages. 

Air Liquide est un pionnier de l’hydrogène : cela fait 60 ans que le groupe développe son expertise sur toute la chaîne d’approvisionnement : de la production, à la distribution en passant par le stockage. Et s’il fait certes partie de « ceux qui y croient dur comme fer », il n’en fait pas pour autant une solution miracle. 

Pour Air Liquide, tous les usages ne sont pas efficients, notamment quand l’électrification est facile à mettre en œuvre. Le Groupe promeut en particulier l’usage d’hydrogène comme substitut aux énergies fossiles dans certains procédés industriels et dans la mobilité, mais en priorité pour la mobilité lourde, les flottes captives comme les taxis, le secteur aéronautique et maritime. 

Quand on sait que les secteurs de l’industrie et de la mobilité représentent près de 46 % des émissions de CO₂ mondiales, on se dit que ce serait dommage de se priver d’une solution capable d’avoir un tel impact en matière de transition énergétique….