L’hydrogène en France : où en est-on ?

Chères lectrices, chers lecteurs,

Je vous propose aujourd’hui un point d’étape quant au développement de l’hydrogène sur le territoire français. Je vais constituer cette synthèse à partir de ma connaissance du marché, aux échanges que j’ai eu avec différents acteurs de la filière ainsi que la participation aux journées de l’hydrogène dans les territoires (évènement organisé par l’AFHYPAC les 29-30 juin dernier).

Je vous propose d’aborder le sujet à travers les 5 thèmes suivants :

1. Généralités à propos de l’hydrogène
2. Une maîtrise technique indéniable
3. Le délicat passage de la vallée de la mort
4. Un engouement naissant… Sous perfusion
5. Et demain ?

1. Généralités à propos de l’hydrogène

La production d’hydrogène (H2) a débuté avec les études consacrées de Cavendish en 1766. Son utilité industrielle sera démontrée par le procédé Haber-Bosch en 1913.

L’hydrogène (H2) est donc un gaz utilisé et maîtrisé depuis de nombreuses années par les industriels de la chimie et du raffinage. En général, l’hydrogène sert à produire de l’ammoniac (NH3), mais on peut également l’utiliser pour la propulsion de fusées par exemple.

L’utilisation un peu moins connu de l’hydrogène réside en sa capacité de vecteur énergétique. Effectivement, il peut jouer différents rôles :

• Stockage d’énergies renouvelables intermittentes en produisant de l’hydrogène grâce à l’énergie excédentaire qui ne peut être acceptée par le réseau. Puis produire de l’énergie électrique via une pile à combustible (PAC) hydrogène
• Production d’électricité grâce à des piles à combustible alimentées en hydrogène pour des applications nomades (comme recharger la batterie de son portable par exemple), pour des applications embarquées (comme alimenter le moteur d’un vélo électrique) ou encore pour des applications stationnaires (constituer l’alimentation de secours d’un bâtiment en remplacement de groupes électrogènes)
• La cogénération qui consiste à fournir l’électricité et la chaleur d’un bâtiment grâce à une pile à combustible
• Le power-to-gas permettant à l’hydrogène d’être injecté dans le réseau de gaz naturel. On peut ajouter jusqu’à 10% d’hydrogène sans perdre la compatibilité du gaz naturel avec les infrastructures et équipements existants.
• La méthanation l’hydrogène additionné de CO2 donne du méthane, l’intérêt? Réduire les émissions de CO2 des usines qui souhaitent améliorer leur bilan carbone

On comprend ainsi aisément que les technologies liées à l’hydrogène constituent aujourd’hui un levier conséquent quant à l’essor des solutions renouvelables et durables.

2. Maîtrise technique

L’hydrogène à destination de l’industrie chimique existe depuis 1917. On peut ainsi affirmer que ce gaz ainsi que les risques qui y sont liés sont aujourd’hui largement maîtrisés. Son stockage l’est également, sous forme gazeuse ou solide (notamment grâce aux hydrures métalliques)

Par ailleurs, il en va de même pour la pile à combustible, qui permet de passer de l’hydrogène à l’électricité. Elle est née en janvier 1839, et a été réalisée par le professeur chimiste suisse Christian FRIEDRICH SCHONBEIN. Cette antériorité nous offre donc un recul certain quant à cette technologie.

De plus, la pile à hydrogène fût très tôt destinée à des usage domestique. On peut effectivement citer le premier véhicule roulant à l’hydrogène, qui fût développé en 1968 par General Motors. Ce véhicule nécessitait de l’hydrogène liquide, il a circulé sur des voies privées uniquement et la PAC venait de Union Carbide.
En 1970, le professeur Kordesch de Union Carbide a développé une Austin A40 qui a circulé sur les voies publiques pendant plus de 16 000 km (vous pouvez consulter l’étude en pdf ici).

Austin A40 équipée de réservoir sur le toit et de la PAC du professeur Kordesch

Ainsi, si la technique semble être maîtrisée depuis plus de 40 ans, pourquoi sommes-nous toujours en phase de R&D ?

La question est évidemment provocatrice car il réside quelques freins techniques, notamment quant à la compacité de la pile, à l’amélioration de son cycle de vie, à sa durabilité. Il existe également des freins économiques comme le coût des électrodes MEA et des GDL. Toutefois, cela ne légitime pas totalement l’absence de ces technologies dans notre quotidien.

3. Le délicat passage de la vallée de la mort

Aujourd’hui, la production d’énergie via l’hydrogène n’est pas une réalité quotidienne par manque de compétitivité, mais également par confort.

Pour ce qui est du territoire français, le prix de l’énergie est aujourd’hui trop faible pour que ces technologies soient compétitives, comme c’est le cas pour la majorité des technologies des énergies renouvelables. De plus, l’émission de particules fines et de CO2 n’est pas pénalisée. Or, ce sont les principaux avantages de l’utilisation d’une pile à hydrogène versus la production d’énergie électrique classique puisqu’il ne rejette que de la vapeur d’eau.

La filière doit donc davantage se pencher sur l’efficience des modèles économiques afin de faire de ces technologies des produits rentables.
Aujourd’hui, on peut, à juste titre, se demander si la filière française subsistera et si les start-up qui la compose en majorité survivront.

La plupart des technologies utilisant l’hydrogène en tant que vecteur énergétique, à destination de marchés grand public sont face à la vallée de la mort.

Schéma théorique du lancement d’une innovation

Pour en sortir, il faut vendre plus, il devient donc nécessaire de réaliser de nouveaux investissements afin de :

• Fiabiliser le produit et l’outil de production
• Élaborer une stratégie marketing et commerciale afin d’agrandir son portefeuille client
• Constituer une équipe commerciale

Ces investissements impliquent évidemment une lourde charge pour les sociétés. Pour les start-up, la fiabilisation du produit ainsi que sa production à plus grande échelle nécessite des fonds plus importants qui se traduisent par un second voire un troisième tour de table. Ce qui est difficile à réaliser en France.
Par ailleurs, malheureusement les aides de l’État se raréfie à cette étape, car il ne s’agit plus de R&D, mais d’industrialisation.

L’agrandissement de l’équipe ainsi que la clarification de la stratégie supposent également une structuration plus formelle de la société ou de la branche dédiée à cette activité.
Ces changements peuvent s’accompagner de changement de management, puisque l’entreprise doit entrer dans une phase de gestion, ce qui ne correspond pas forcément au profil du serial entrepreneur.

Tous ces changements sont autant d’écueils à la croissance des acteurs qui composent aujourd’hui la filière hydrogène française.

D’autres points bloquant existent comme la quasi inexistence de la règlementation et la difficulté de monétiser le CO2, les SOx et NOx. Nous en reparlerons probablement dans un futur article.

4. Engouement naissant… sous perfusion

On observe un engouement naissant sur le marché français. Toutefois, celui-ci est aujourd’hui largement subventionné par des aides gouvernementales notamment provenant de l’ADEME.

En effet, il existe deux appels à projets en cours qui correspondent aux technologies de l’hydrogène : « stockage et conversion de l’énergie » et « hydrogène et pile à combustible » (alias TITEC). Ils auraient récoltés près d’une centaine de réponses sur l’année 2015-2016. Ces propositions de financements illustrent la volonté de l’État quant à accompagner les industriels français dans une démarche de transition énergétique via, entre autres, l’hydrogène.

Financements de l’appel à projet TITEC par l’ADEME (présentation de Luc BODINEAU, 29/06/2016)

Concrètement, entre 2011 et 2015 l’ADEME a financé 20 projets sur les sujets hydrogène et pile à combustible pour un montant de 3,85 millions d’euros.

Les collectivités locales participent également au financement et à l’essor de ces projets en partenariat avec les industriels. On peut citer les projets suivants :

• Un projet en mobilité : BHYKE le vélo à hydrogène (ADEME / Département de la La Manche / ATAWEY)
• Un projet de power-to-gas : GRHYD valorisation de l’hydrogène renouvelable pour l’habitat et les transports (ADEME / Communauté Urbaine de Dunkerque / ENGIE)
• Un projet pour stocker les énergies renouvelables : THEMIS le stockage dédié aux sites isolés (ADEME / Air Liquide / ARELIS)

On connaît les dangers que peuvent provoquer la subvention à outrance sur les marchés naissants (comme il y a environ 7 années pour le marché du photovoltaïque).

Malgré ces balbutiements français, lorsque l’on observe nos voisins outre-Rhin ou outre Atlantique, il réside peu de doute quant au fait que l’hydrogène finira par être utilisé par le grand public, en France, que les applications soient stationnaires ou mobiles :

• Le cas des chariots élévateurs aux États-Unis
• Le cas de la cogénération au Japon

Toutefois, on peut s’interroger quant à la filière française : se concentrera-t-elle autour d’un ou deux métiers ? Une concurrence naîtra-t-elle ? De grands acteurs apparaîtront-ils au grand jour ?

5. Et demain?

Envisageons à présent les échéances quant au déploiement de la filière en France. Je partage avec vous le point de vue de M. Marc ISABELLE de European Economics exposé le 29 juin 2016 lors des journées de l’hydrogène dans les territoires.

Il envisage une rentabilité de la filière (on entend ici couverture du CAPEX et de l’OPEX) en 2027. Il suggère un soutien financier conséquent de la part de l’État pour palier le manque d’investisseurs, majoritairement friands de profits rapides.

Concernant le développement des stations hydrogène, il évalue le montant de l’investissement nécessaire à 600 M€ sur 10 ans.

Par ailleurs, cet économiste envisage la monétisation fonctionnelle de CO2, des SOx et des NOx pour 2050.

Ces éléments donnent donc une inflexion de la courbe du profit (cf schéma du lancement d’une innovation) soit un réel décollage de la filière en France en 2027 et une démocratisation des technologies à l’horizon 2050.

Pour ma part, concernant la constitution de la filière je pense que les grands acteurs apparaîtront lorsque la filière sera rentable afin de ne pas « rater le coche » de la démocratisation. Des projets sont à l’étude depuis des années (ex: une PAC dans l’A320 Neo d’Airbus depuis 2012), des prises de participations au sein des start-up s’opèrent, ils sont présents dans les consortiums de R&D : il est clair que les grands industriels français sont dans les starting blocks. Ils disposent d’une puissance financière suffisante pour produire à grande échelle, donc il est fort probable qu’ils tentent de dominer ce nouveau marché.
Concernant les échéances de développement, je partage en partie la vision de M. ISABELLE, les centres de recherche français travaillent depuis plus d’une dizaine d’année sur le sujet de l’hydrogène, la société n’est pas réellement contrainte de faire des efforts quant à la sobriété énergétique toutefois elle a totalement conscience que cela viendra. Je mise ainsi sur une apparition des technologies de l’hydrogène dans notre quotidien plus précoce, aux alentours de 2030 – 2040.

Les frémissements des industriels ne se font d’ailleurs pas attendre si l’on en croit la première livraison française de la TOYOTA Mirai H2 le 8 septembre 2016…