Il y a présenté les enjeux liés au développement de l’hydrogène, les principes de sa production "verte" par électrolyse de l’eau, ainsi que les usages pertinents de ce vecteur énergétique. Il a également détaillé les défis technologiques associés aux piles à combustible, notamment pour les applications dans le domaine de la mobilité lourde.
Dans un contexte de décarbonation de notre mix énergétique, la part d'électricité renouvelable injectée dans le réseau électrique doit nécessairement être augmentée ; l'intermittence double de ces sources électriques (jour/nuit et été/hiver) impose de stocker de grandes quantités d'électricité à court terme (jour/nuit) mais aussi long terme (été/hiver). Pour ce stockage, les batteries et l'hydroélectricité réversibles apparaissent comme des solutions de choix, mais ne peuvent être déployés aussi abondamment que nécessaire. Dans ce contexte, la stratégie "power-to-gas" et notamment "power-to-hydrogen" a des atouts. L'idée est de produire de l'hydrogène par électrolyse de l'eau lors des pics de production, le stocker et le valoriser, soit directement comme combustible ou réactif chimique dans l'industrie (démarche de décarbonation de l'industrie), soit comme réducteur dans des piles à combustible pour alimenter des générateurs stationnaire (durant les pics de consommation électrique sur le réseau) ou des dispositifs de mobilité, notamment de mobilité lourde.
La présentation a balayé les différentes stratégies pour réaliser l'électrolyse de l'eau. Selon les systèmes employés, à haute ou basse température de fonctionnement, les performances et les contraintes matériaux/opératoires ne sont pas les mêmes. Pour ne parler que des systèmes basse température, deux types de dispositifs sont commercialisés. L'électrolyse alcaline à circulation d'électrolyte liquide (AWE) est très mûre industriellement parlant et repose sur des matériaux abondants ; la durabilité et fiabilité des AWE est grande, mais leurs performances sont insuffisantes et les systèmes sont peu compatibles avec l'intermittence des sources d'électricité renouvelables et une compression directe de l'hydrogène. Au contraire, les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEMWE), très performants, permettent un fonctionnement intermittent et une compression directe ; ils sont cependant très consommateurs de métaux de la famille du platine (Pt et Ir), ce qui ne constitue pas une stratégie soutenable. Finalement, les électrolyseurs à membrane échangeuses d'anions (AEMWE) combinent les avantages des AWE et PEMWE sans en présenter les inconvénients, mais leur maturité technologique est encore imparfaite et ces AEMWE requièrent beaucoup de R&D, ce qui occupe intensément les équipes du LEPMI.
Enfin, la présentation des défis qui demeurent pour déployer industriellement les piles à combustibles (à membrane échangeuses de proton) pour la mobilité lourde ont été décrits. Si les performances initiales et la durabilité peuvent encore être améliorées, elles sont suffisantes pour la construction de systèmes opérationnels. Les difficultés auxquelles nous sommes confrontés concernent surtout l'industrialisation des systèmes, pour laquelle une production à haute cadence et grande qualité est pour l'instant un défi (tant économique que technologique).
Pour finir, si l'hydrogène peut apporter sa part dans le mix énergétique français et Européen, il faut garder à l'esprit que son utilisation raisonnée est indispensable et que prioriser les usages ne l'est pas moins (décarbonation de l'industrie et mobilité lourde sont les deux domaines à viser en priorité) ; il faut ajouter qu'une démarche de sobriété est aussi souhaitable, dans le domaine énergétique comme dans d'autres.
*Laboratoire Electrochimie et Physicochimie des Matériaux et des Interfaces
