Réduire notre dépendance envers les énergies fossiles.
Que nous remédions au plus vite à notre dépendance aux sources d’énergies fossiles. Leurs usages sont effectivement les facteurs de pollution principaux que subit notre planète, avec les incidences que l’on connaît sur le climat (lire article). Et les réserves ne sont pas inépuisables. La courbe de production globale de pétrole (courbe de Hubbert*) risque de culminer entre 2010 et 2020 d’après l’estimation de nos plus imminents géologues. Mais ce sera bien avant cette date que le cour du baril s’envolera. N’a-t-il pas déjà dépassé les 30$ ?

Mais vers quelle solution faut-il aller ?
Les PAC (piles à combustible), qui sont apparues avant même le moteur à combustion interne, semblent être prometteuses comme solution d’avenir.
Encore faut-il maîtriser la production, le stockage et le transport de l’hydrogène nécessaire à leur fonctionnement. Cela sans utilisation d’hydrocarbure comme on le fait actuellement avec le gaz naturel pour la production de l’hydrogène... jusqu’à ce qu’on utilise les énergies renouvelables comme source d’énergie première.

Une centrale électrique dans une voiture
D’après Jeremy Rifkin*

Il est fort probable que l’on assiste au cours de cette année 2003 et les suivantes au plein développement de la "production répartie" avec la mise en service d’automobiles, de poids lourds et d’autobus alimentés par des piles à combustible.

Tous les plus grands constructeurs automobiles du monde ont fait part de leur intentions de produire des véhicules ainsi équipés. En 1997, Daimler-Benz lança un projet de 350 million de dollars en collaboration avec Ballar Power Systems afin de mettre au point des moteurs alimentés par des piles à hydrogène. Le constructeur annonce qu’il sera en mesure de produire 100 000 véhicules PAC à la fin de la décennie : soit un septième de sa production totale actuelle. La société Ford s’est par la suite associée au projet, portant ainsi son budget à plus de 1 milliard de dollars. Le groupe Toyota espère quant à lui mettre en service de tels véhicules dans les mêmes délais ; GM s’est engagé à faire de même. Enfin les firmes Nissan, Honda et Mitsubishi ont elles aussi annoncé des projets visant à produire des automobiles propulsées à l’hydrogène et ont réalisé conjointement des investissements se montant à 1 milliard de dollars.

Bien que le grand public ait peu entendu parler des véhicules à hydrogène, les principaux constructeurs automobiles internationaux se préparent activement en coulisses à ce qui sera la plus importante révolution en matière d’application de l’énergie depuis l’invention du moteur à combustion, il y a une centaine d’année ; arrière-petit fils de Henry Ford et président de la société du même nom, Bill Ford est allé jusqu’à affirmer que "les piles à combustible vont finalement mettre un terme au règne centenaire du moteur à combustion interne".

Les pétroliers s’engagent
L’enthousiasme affiché par les constructeurs a trouvé un certain écho parmi quelques-unes des plus importantes compagnies pétrolières au monde. Pour le PDG de Shell Angleterre, Chris Fay, "les automobiles alimentées par des piles à combustible fonctionnant à l’hydrogène vont probablement faire une entrée remarquée sur les marchés européen et américain d’ici à 2005". Selon lui, "cette perspective oblige les sociétés telles que Shell à relever le défi et à développer de nouveaux produits et de nouvelles technologies, ainsi qu’à préparer leurs clients aux changements à venir."

Il est difficile d’apprécier toute la portée de ce changement. 750 million de véhicules en tout genre sillonnent les routes de la planète, et ce nombre devrait doubler au cours des vingt-cinq prochaines années. Ces véhicules sont propulsés par des combustibles fossiles : aux Etat-Unis, les transports représentent 54 % de la consommation annuelle de pétrole et engloutissent 20 % de l’ensemble des ressources énergétiques primaires. Selon l’Agence internationale de l’énergie, ce ne sont pas moins de 17 % des émissions totales de dioxyde de carbone dans le monde qui proviennent de la combustion des carburants utilisés dans les transports terrestres.

Rêvons à un avenir meilleur

Imaginons maintenant que l’ensemble du parc mondial d’automobiles, d’autobus et de poids lourds soit équipé de piles à combustible plutôt que de moteurs à explosion. Bien entendu, il faudra au départ produire de l’hydrogène en réformant du méthanol par vaporisation ( et on peut déjà regretter que certains constructeurs proposent d’utiliser de l’essence). Mais les énergies renouvelables remplaceront peu à peu les combustibles fossiles et permettront de produire de l’hydrogène de façon économique et performante par électrolyse de l’eau. Les piles à hydrogène ne dégageant rien d’autre que de l’eau pure et de la chaleur, un tel changement viendrait mettre un terme au long règne des hydrocarbures et aux dégâts causés par les émissions de CO2 résultant de l’utilisation de combustible à haute teneur en carbone. Le réchauffement de la planète se trouverait fortement ralenti, diminuant ainsi les risques qu’à long terme il fait courir à l’environnement.

L’automobile connaîtra une révolution tout aussi importante : avec l’arrivée de piles à combustible et de l’hydrogène, les automobiles deviendront en effet des centrales électriques sur roues capables d’atteindre une puissance de 20 kilowatts.

Dans la mesure où une voiture est à l’arrêt 96 % du temps en moyenne, il sera possible d’exploiter ces temps morts pour alimenter en énergie de premier choix une habitation, un bureau, ou le réseau interactif principal. Les revenus tirés de la revente de l’électricité sur le réseau serviront à amortir le coût de la location à long terme ou de l’achat du véhicule. Si une fraction seulement des conducteurs américains utilisaient leurs véhicules pour reverser l’électricité qu’ils produisent sur le réseau, la plupart des centrales électriques du pays n’auraient plus aucune utilité : un parc automobile de 200 millions de véhicules propulsés par des piles à hydrogènes représenterait en effet quatre fois les capacités de production de l’ensemble des installations nationales.

Comment produire et transporter H2
La question principale que doit affronter l’industrie automobile au cours de la période de transition vers les véhicules dotés de PAC, concerne les moyens de produire, de distribuer et de stocker de l’hydrogène à un prix rendant ce combustible compétitif.

Selon certaines études, la mise en place d’une infrastructure nationale de production et de distribution de l’hydrogène pourrait coûter plus de 100 milliards d’euros. La question de l’hydrogène est une illustration typique du problème de l’œuf et de la poule : les constructeurs automobiles hésitent à produire des véhicules directement alimentés à l’hydrogène, de peur que les sociétés productrices d’énergie n’investissent pas suffisamment de ressources dans la mise en place de millier de stations de ravitaillement. C’est pour cette raison qu’ils misent sur la production de véhicules équipés de réformeurs permettant de produire de l’hydrogène à partir d’essence ou de gaz naturel. Quant aux sociétés pétrolières, elles ne sont pas déterminées à engager des milliards de dollars dans la mise en place d’infrastructures nationales de ravitaillement en hydrogène si la production et les ventes de véhicules équipés de PAC n’atteignent pas un niveau suffisant.

Ceux qui s’opposent à cette stratégie expliquent que si l’industrie automobile se lance dans la production de voitures équipées d’un "processeur combustible", c’est à dire d’une sorte de centrale thermochimique, capable de convertir l’essence ou le méthanol en hydrogène, les constructeurs se trouveront prisonniers d’une logique coûteuse et inutilement longue qui portera le coût du prochain parc automobile à plus de 1 000 milliards de dollars.

Ancien collaborateur de Directed Technologies Inc., une société conseillant la Ford Motor Company en matière de piles à combustible, C. E. (Sandy) Thomas a récemment divulgué dans l’International Journal of Hydrogen Energy les résultats d’une étude approfondie comparant les deux technologies.

L’alimentation directe à l’hydrogène se révèle en réalité moins coûteuse que le recours à des processeurs d’essence embarqués permettant de convertir l’essence ou le méthane en hydrogène. Selon les auteurs de cette étude, la raison pour laquelle toutes les estimations du coût de l’approvisionnement direct en hydrogène sont très élevées est qu’elles reposent sur l’hypothèse selon laquelle il faudrait construire un système national de pipe-lines semblables à ceux qui transportent le gaz naturel pour transporter l’hydrogène, ce qui se chiffrerait en dizaines de milliards de dollars.

Et pourtant, dans une étude réalisée pour le compte de la société Ford et du Département de l’Energie, les même auteurs concluaient qu’il était possible "d’alimenter en hydrogène les véhicules équipés de PAC à moindre coût, en installant des unités de réformage du méthane par vaporisation ou des unités d’électrolyse de petite taille dans les station-service ou les garages de concessionnaire", ce qui éviterait d’avoir à construire cet imposant système de pipe-lines. Au cours de la période de transition, l’hydrogène sera produit "en fonction de la demande, dans des quantités proportionnelles à l’augmentation progressive des ventes de véhicules dotés de PAC, ce qui rendra superflus des investissements de plusieurs milliards de dollars qui ne sauraient être amortis tant que le nouveau parc automobile n’aura pas atteint un certain seuil". La production d’hydrogène reposerait de surcroît sur le réformage du gaz naturel et par conséquent sur l’utilisation des pipe-lines existants, ou sur l’électrolyse de l’eau à partir du réseau électrique.

Les études qui ont mis en concurrence le réformage du méthanol ou de l’essence réalisé à bord des véhicules et l’utilisation directe d’hydrogène produite par des réformeurs de méthane et des électrolyseurs placés dans les stations service ont montré que cette seconde solution était la moins onéreuse. Outre le carburant, les véhicules eux-même seraient meilleur marché : une automobile équipée d’une PAC et d’un réformeur de méthanol coûterait entre 550 et 1 600 dollars de plus qu’un véhicule équipé d’une PAC fonctionnant directement à l’hydrogène, tandis qu’un véhicule doté d’une PAC et d’un réformeur d’essence coûterait entre 1 600 et 4 500 dollars de plus.

le problème du stockage

 L’un des problèmes posés par cette technologie reste celui du stockage de l’hydrogène à bord des véhicules.
Une étude réalisée, dans le passé, par le California Air Ressources Board a montré que le volume utile d’hydrogène compressé serait à tel point supérieur à celui des réservoirs d’essence et de méthanol qu’il occuperait tout le coffre et déborderait dans l’habitacle, rendant ainsi le véhicule inutilisable. A cela, l’actuel président de H2Gen, Sandy Thomas, rétorque que la question du stockage a déjà été résolue par la société Ford, qui a redessiné le véhicule de façon telle que le réservoir d’hydrogène s’y adapte parfaitement tout en permettant une autonomie de 600 kilomètres. Dans un rapport de 1999, l’Hydrogen Technical Advisory Panel rattaché au département de l’Energie s’est rangé à l’avis exprimé par Thomas et son équipe dans le "Journal of Hydrogen Energy". Concernant les méthodes adéquates de stockage de l’hydrogène embarqué à bord du véhicule, ce panel a conclu que "la compression de quantité suffisante de gaz ou de liquide pour assurer une autonomie acceptable entre deux ravitaillements et sans perte d’espace pour les passagers ou le chargement ne requiert aucune avancée technologique en matière de stockage de l’hydrogène". Le même panel a aussi précisé que "si l’on prend pour base le coût de chaque véhicule (ce qui comprend le coût unitaire de chaque véhicule ainsi qu’une fraction du coût des infrastructures de ravitaillement proportionnel au nombre de véhicules en circulation), le prix d’un système à consommation directe d’hydrogène et celui d’un système embarqué de réformage de carburant deviendront comparables après que le parc automobile sera devenu assez vaste pour amortir le coût des infrastructures de ravitaillement".

 Enfin, une autre question concernant l’utilisation de l’hydrogène comme combustible mérite d’être soulevée : il s’agit de l’idée couramment répandue selon laquelle ce gaz serait dangereux.
Les unes après les autres, les études réalisées ont montré que l’hydrogène n’était pas plus dangereux qu’un autre combustible. Dans certaine situations, il peut même se révéler plus sûr, dans la mesure où il s’évapore rapidement lorsqu’il s’échappe, au lieu de se répandre sur le sol comme l’essence. Une étude réalisée en 1993 en Allemagne par l’Office d’évaluation des impacts technologiques à la demande du Bundestag a conclu que "les risques techniques inhérents aux différents composants d’un système énergétique à l’hydrogène, de la production jusqu’à la distribution, sont en principe considérés comme contrôlables". L’Organisation internationale de la standardisation, qui siège à Genève, élabore actuellement des standards internationaux régulant la production, le stockage, le transport et l’utilisation de l’hydrogène

* C’est à General Motors (GM), le plus gros constructeur automobile au monde, que l’on doit l’expression "économie de l’hydrogène"

* Jeremy Rifkin, l’économie hydrogène