Carburant d’avenir : l’hydrogène, solution énergétique durable ?

En 2022, le volume mondial de production d’hydrogène a dépassé 94 millions de tonnes, dont près de 99 % issus de sources fossiles. Pourtant, la stratégie de décarbonation européenne prévoit de multiplier par dix la production d’hydrogène bas carbone d’ici 2030.

Des consortiums industriels investissent plusieurs milliards dans les filières de l’hydrogène, malgré un rendement inférieur à celui de l’électricité directe et des coûts encore élevés. Ce choix s’appuie sur la capacité unique de l’hydrogène à stocker, transporter et restituer l’énergie, là où d’autres solutions peinent à répondre aux exigences de l’industrie et de la mobilité lourde.

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Hydrogène : une source d’énergie aux multiples facettes

L’hydrogène intrigue par son apparente simplicité, mais derrière sa légèreté, il cache un potentiel énergétique qui ne cesse d’attiser les ambitions. C’est l’élément le plus présent dans l’univers, et malgré tout, sur Terre, il se manifeste rarement à l’état pur. On le retrouve surtout combiné à d’autres éléments, dans l’eau ou les hydrocarbures. Cette omniprésence cache pourtant un paradoxe : sa faible densité volumique complique sérieusement les opérations industrielles, que ce soit pour produire, stocker ou transporter ce gaz volatile.

La façon dont l’hydrogène est produit détermine sa place dans la transition énergétique. Si l’électrolyse de l’eau, alimentée par des énergies renouvelables, fait figure de modèle vertueux, la réalité est tout autre : le méthane reste à la manœuvre pour l’immense majorité de la production mondiale. L’hydrogène gris, issu de ce procédé, porte une lourde empreinte carbone. Le passage à l’hydrogène bleu, avec captage du CO2, tente d’en limiter l’impact. Parallèlement, l’hydrogène jaune s’appuie sur l’électricité nucléaire, tandis que le blanc, extrait directement du sous-sol, commence tout juste à être exploré en France.

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Pour mieux s’y retrouver, voici un panorama des différentes filières :

• Hydrogène vert : électrolyse de l’eau utilisant exclusivement des énergies renouvelables
• Hydrogène gris : produit à partir du reformage du méthane, très émetteur de CO2
• Hydrogène bleu : reformage du méthane couplé à la capture du carbone
• Hydrogène jaune : électrolyse alimentée par de l’électricité nucléaire
• Hydrogène blanc : extrait naturellement des profondeurs de la croûte terrestre

L’hydrogène issu de la biomasse tente de se faire une place, mais il reste pour l’instant à la marge. D’autres pistes existent : pyrolyse du méthane, gazéification du charbon ou procédés biologiques. Aucune n’a encore cassé la dynamique des fossiles, omniprésents dans la production actuelle. Pourtant, un seul kilogramme d’hydrogène recèle autant d’énergie que trois kilos de pétrole. Mais le passage à l’échelle industrielle reste largement dominé par le gaz naturel, pour des raisons de coût et d’infrastructures.

Quels sont les véritables atouts de l’hydrogène pour un futur durable ?

Si l’hydrogène suscite autant d’enthousiasme, c’est qu’il ouvre des perspectives inédites pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Dans l’industrie lourde, dans les transports de marchandises ou la production chimique, le recours à ce gaz s’impose comme une alternative crédible à la dépendance aux énergies fossiles. La sidérurgie, le raffinage, la fabrication d’ammoniac : autant de secteurs qui pourraient troquer leur appétit pour le charbon ou le gaz contre une solution plus respectueuse du climat.

Un autre avantage, et non des moindres : sa capacité à stocker l’énergie renouvelable. Les centrales solaires ou éoliennes, par nature intermittentes, peuvent transformer leur surplus de production en hydrogène grâce à l’électrolyse. Ce gaz devient alors une réserve, restituée ultérieurement sous forme d’électricité via une pile à combustible, ou injectée dans les réseaux de gaz naturels. Ce jeu de vases communicants, entre production et consommation, sécurise les approvisionnements et facilite l’intégration des renouvelables.

L’hydrogène brille aussi par sa polyvalence. Il intervient dans de multiples domaines, que voici :

• production de chaleur ou d’électricité ;
• fabrication de produits chimiques comme l’ammoniac, le méthanol ou les e-carburants ;
• source d’énergie pour la mobilité lourde ;
• injection directe dans les réseaux de distribution existants.

Produit à partir d’énergies renouvelables, l’hydrogène offre donc un profil carbone extrêmement bas. Pourtant, la réalité économique pèse : un kilo d’hydrogène vert coûte encore deux à trois fois plus cher que son équivalent issu du gaz naturel. Le déploiement massif attendra une baisse des coûts et des investissements industriels à grande échelle.

Des applications concrètes : mobilité, industrie, stockage… où l’hydrogène change la donne

Les expérimentations se multiplient dans la mobilité : bus, camions, trains, voire ferries. Les piles à combustible convertissent l’hydrogène en électricité embarquée, permettant d’envisager des transports collectifs silencieux et sans émissions à l’échappement. La SNCF mise déjà sur ses premiers TER H2, pendant que Hyundai ou Toyota accélèrent sur le segment automobile. En mer, l’Energy Observer incarne cette avancée, combinant hydrogène produit sur place, panneaux solaires, éoliennes et hydro-générateurs. Un laboratoire flottant, qui trace la voie d’une navigation propre.

Dans les sites industriels, l’hydrogène commence à remplacer le charbon ou le gaz naturel. Transformation des procédés dans la sidérurgie, production d’ammoniac ou de méthanol : la transition s’organise, portée par des investissements européens et français. L’ADEME, l’Union européenne et l’État soutiennent la création d’usines pilotes, le développement d’un réseau d’infrastructures, et la montée en puissance de la filière.

Le stockage d’énergie prend une nouvelle dimension : l’hydrogène peut être conservé sous forme gazeuse à haute pression, liquéfié à très basse température, ou intégré à des composés chimiques. Il sert ainsi de tampon, amortissant les à-coups de production des énergies renouvelables. Pipelines, camions-citernes, injection dans les réseaux de gaz naturel : chaque solution adapte le transport et la distribution à la réalité du terrain.

Les H2 Valleys fleurissent à travers l’Europe, structurant une filière qui vise la mutualisation des usages et la création d’un écosystème industriel de grande ampleur. Derrière cette dynamique : la volonté de générer des milliers d’emplois directs et de renforcer l’indépendance énergétique, tout en s’appuyant sur la recherche, l’innovation et des politiques publiques volontaristes.

Cap sur l’innovation : les défis à relever pour faire de l’hydrogène un pilier de la transition énergétique

La trajectoire vers un hydrogène bas carbone est ambitieuse, mais le chemin reste ardu. Stocker ce gaz ultra-léger exige des technologies complexes : sous forme gazeuse, il réclame des pressions extrêmes ; sous forme liquide, il flirte avec le zéro absolu. Les solutions solides ou les vecteurs chimiques sont encore à l’aube de leur développement industriel.

Voici les principales voies à l’étude pour le transport et la distribution :

• Transport par pipelines : les infrastructures actuelles sont rarement adaptées à la petite taille des molécules d’hydrogène, qui s’infiltrent partout et fragilisent les matériaux.
• Camions-citernes et navires : la logistique engendre des coûts élevés, en particulier sur de longues distances.
• Injection dans les réseaux de gaz naturel : une option intéressante, mais qui se heurte à la compatibilité des installations et à la proportion maximale d’hydrogène admissible.

La production d’hydrogène renouvelable doit aussi passer la vitesse supérieure. À ce jour, la quasi-totalité de l’hydrogène mondial provient encore du gaz ou du charbon. L’électrolyse alimentée par les énergies renouvelables reste nettement plus chère que le reformage du méthane. Quant à l’hydrogène natif, extrait directement du sous-sol, il n’en est qu’à ses balbutiements sur le territoire français.

Pour surmonter ces obstacles, la mobilisation de la recherche et l’innovation industrielle sont décisives. Les enjeux dépassent la seule dimension technique : il s’agit désormais d’assurer la souveraineté énergétique, de bâtir un marché intégré à l’échelle européenne, et de créer les conditions d’une nouvelle compétitivité face à la contrainte carbone. Une équation complexe, mais qui façonne déjà le paysage énergétique de demain.