Hydrogène : la France a encore de nombreux défis à relever
#I4CE_Invite
2 milliards d’euros : c’est le montant que le gouvernement va miser sur l’hydrogène jusqu’en 2022 dans le cadre de son plan de relance. Un montant qui augmentera pour atteindre 5,7 milliards d’ici 2030. I4CE a invité les chercheurs Jean-Pierre Ponssard de Polytechnique/CNRS et Guy Meunier de l’INRAE, tous deux par ailleurs membres de la Chaire Energie & Prospérité, à analyser le « plan hydrogène » de la France. Ils insistent sur les nombreux défis que la France va encore devoir relever pour que le pari de l’hydrogène soit un pari gagnant, et en particulier sur celui de l’évaluation des progrès de la filière qu’il faudra nécessairement conduire.
Le plan hydrogène du gouvernement vise à encourager le développement de projets territoriaux pour produire de l’hydrogène « vert » et l’utiliser dans l’industrie et la mobilité lourde. Ce plan constitue un changement d’échelle par rapport au plan Hulot précédent, et permettra de lancer de nouveaux projets et de consolider des projets existants. Il faut en effet savoir qu’il existe depuis plusieurs années de nombreuses initiatives sur l’hydrogène tant en France qu’à l’étranger. On peut tirer des projets en cours quelques enseignements qui permettent de mesurer l’ampleur des défis à relever par la France.
Les défis de l’hydrogène « vert » pour les usages industriels
Le plan français fait le choix de la production d’hydrogène « vert » par électrolyse à partir de sources d’électricité décarbonées. Une autre méthode consisterait à utiliser du méthane et à stocker le CO2 émis lors de la transformation, ce qui donne ce que l’on appelle l’« hydrogène bleu ». Cette méthode est employée dans les régions de Rotterdam et Manchester, où se déploient d’importants projets de production d’hydrogène. Avec l’électrolyse, le coût est bien plus important : de l’ordre de 4.5 €/kg, contre 2.5 €/Kg pour l’hydrogène bleu et 1.5 €/kg pour l’hydrogène actuellement produit par réformage. Un écart de coût élevé qui peut être un handicap sérieux pour les usages industriels, le coût de l’hydrogène étant un facteur critique compte tenu des volumes utilisés.
C’est pourquoi le plan prévoit la mise en place d’un « complément de rémunération » pour favoriser les usages industriels. Mais les moyens à consacrer ne sont pas chiffrés. Or la facture risque d’être très élevée. Si une valeur carbone en ligne avec le rapport Quinet (54 €/tCO2 en 2020 croissant à 250 €/tCO2 en 2030) permet certainement de justifier socialement ces projets, le prix du carbone sur le marché européen des permis est et demeurera certainement trop faible pour encourager les industriels à passer à l’hydrogène. Le gouvernement est-il capable de s’engager à compenser la différence ? Et à le faire dans la durée ? C’est le premier défi posé par le choix de l’hydrogène par électrolyse pour l’industrie. Et les revirements sur les mécanismes de rachat de l’électricité produite par les énergies renouvelables invitent à la prudence quant à la capacité de l’État à le relever.
Le deuxième défi est celui de la source d’électricité utilisée pour l’électrolyse. Le plan s’appuie sur le faible bilan carbone du mix français, grâce aux énergies renouvelables et au nucléaire, et son faible coût. Mais la France aura-t-elle à l’avenir suffisamment de production électrique décarbonée et peu chère pour produire massivement de l’hydrogène ? Elle a aujourd’hui du mal à développer rapidement les énergies renouvelables, et les objectifs du plan hydrogène pourraient nourrir les arguments en faveur d’un maintien du parc nucléaire. De quoi générer un débat crispé… Notons que le Japon et l’Allemagne ont, eux, signé des partenariats respectivement avec l’Australie et au Maroc pour importer massivement de l’hydrogène produit à partir d’électricité photovoltaïque peu chère.
Les défis de l’hydrogène dans la mobilité lourde
Le deuxième volet du plan met l’accent sur l’utilisation de l’hydrogène dans la mobilité lourde (camions, bus, trains, véhicules utilitaires légers). Ce choix parait tout à fait judicieux, c’est sur ce type de segments que l’hydrogène a des atouts par rapport à la batterie. Les projets en cours se développent le plus souvent autour de clusters régionaux dont l’analyse met en évidence deux défis : les coûts fixes très importants de l’infrastructure d’une part, et d’autre part le coût d’acquisition très élevé des véhicules alors que la question du coût de l’hydrogène est beaucoup moins critique que pour les usages industriels.
Le premier défi doit être résolu localement en assurant une demande suffisante et prévisible, par exemple avec la mise en place de partenariats offre-demande à l’image de la société de taxis Hype à Paris qui associe l’opérateur de taxis, le fournisseur d’hydrogène Air Liquide, et Toyota qui fournit les véhicules. A l’exception de ce cas très particulier, les différents programmes régionaux développés en France souffrent structurellement d’un manque de coordination entre la mise en place de l’infrastructure et les utilisateurs potentiels. L’encouragement à la mutualisation des usages est particulièrement bienvenue mais elle est complexe à mettre en œuvre tant les métiers peuvent être différents. L’argent n’est pas forcément la clé de voûte.
Le défi du coût élevé des véhicules à hydrogène – à titre d’exemple un bus diesel coûte 210k€, un bus à batterie environ le double et un bus à hydrogène le triple — ne peut pas être résolu localement. Relever ce défi appelle à une approche nationale, et plus probablement européenne, de manière à générer les volumes suffisants pour diminuer le coût des véhicules en s’appuyant sur des constructeurs. Ceci appelle une remarque. Si la France dispose d’acteurs majeurs sur certains composants critiques (piles à combustibles, réservoirs haute pression), les constructeurs automobiles français tardent à investir sur l’hydrogène, tout comme les constructeurs allemands d’ailleurs. Ils s’engagent prioritairement sur les véhicules électriques à batterie. Comment créer des incitations pour qu’ils investissent sur une autre technologie sachant qu’ils doivent faire face en plus à une situation de crise ?
Les défis de l’évaluation du plan hydrogène
Il faut assumer que l’hydrogène est un pari. Cette technologie devrait avoir sa place dans une économie neutre en carbone, mais il existe de nombreuses incertitudes sur ses coûts de production, sur ses usages potentiels, certes nombreux mais de taille difficile à estimer et pour certains en compétition avec d’autres technologies. Il est raisonnable de faire ce pari, et il est tout aussi raisonnable d’évaluer les progrès de la filière hydrogène afin d’adapter la stratégie de la France en la matière, et donc de revisiter régulièrement les modèles économiques sous-jacents, au risque de perdre une partie de sa mise sur certains projets.
Une évaluation du plan hydrogène, des progrès en termes de viabilité économique ou de développement d’une filière « made in France », est nécessaire et le découpage en deux phases du plan hydrogène, imposé par le plan de relance qui doit se terminer en 2022, pourrait permettre une première évaluation. Mais deux ans c’est très court : les études de faisabilité pour le projet H-Vision, dans le cluster industrialo-portuaire de Rotterdam-Moerdijk aux Pays-Bas, se sont terminées fin 2019, la décision d’investissement est attendue pour 2021, la mise en service en 2026. Le projet ZEV, pour des usages de l’hydrogène dans la mobilité en Rhône Alpes, a été lancé en 2017, la société de projet créée en 2019 et les 20 stations sont prévues en 2023…
L’évaluation des projets qui seront soutenus par le plan hydrogène devra donc probablement débuter plus tard, mais il faut commencer à relever dès aujourd’hui les défis inhérents à cette évaluation. Car il va falloir se mettre d’accord sur une méthodologie pour évaluer le modèle économique des projets. Ils ne seront pas rentables à court terme, c’est une évidence, et il faudra donc faire des hypothèses sur les effets d’échelle attendus, les effets d’apprentissage, la demande en hydrogène, le taux d’actualisation, ou encore la valeur du carbone et celle de la réduction des pollutions locales. Ces concepts sont connus mais il n’y a pas de consensus sur les paramètres à retenir dans les évaluations coûts-bénéfices. Le choix du taux d’actualisation notamment sera critique pour de telles analyses sur des horizons de plusieurs dizaines d’années.
Ces évaluations devront éviter l’écueil classique des hypothèses très optimistes sur les usages de l’hydrogène. Un rapport de McKinsey de 2010, réalisé en partenariat avec les industriels, prévoyait ainsi pour l’Allemagne une part de marché de 15 % à l’horizon 2050 pour le marché automobile. Cette projection a notamment servi de justification pour le plan déploiement H2 Mobility de 400 stations à l’horizon 2023. Certaines stations déjà ouvertes ont dû fermer faute de clients. En France, le projet EasHyMob qui visait le déploiement de 15 stations en Normandie reste bien en deçà des anticipations mises en avant lors de son lancement en 2014.
Faire des industriels français des champions au niveau mondial ?
Le pari de l’hydrogène effectué par la France répond sans nul doute à l’enjeu climatique. Il y a aussi derrière ce pari le désir et l’espoir de faire des industriels français des champions mondiaux en la matière. Certains industriels français sont bien placés au niveau international, mais la concurrence sera rude face à des entreprises telles que Balard, Hyundai, Toyota, BYD, Nikola pour n’en nommer que quelques-unes. Et la France n’est pas la seule à développer une politique industrielle. Il y a bien sûr l’Allemagne mais aussi, et surtout, le Japon, la Chine, la Corée… Que ce soit pour structurer la filière française dans cette féroce compétition internationale, ou pour relever tous les défis que nous avons évoqués précédemment, le Commissariat au Plan devra s’emparer du sujet.