Pollution et puits de carbone : une partie de la solution ou la mise sous le tapis de la poussière ?

Pollution et puits de carbone : une partie de la solution ou la mise sous le tapis de la poussière ?

par

Daphné Lorne
Analyste prospectiviste biocarburants transport, IFP Énergies nouvelles

Guillaume Boissonnet
Directeur de Recherche – Economie Circulaire du Carbone, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Jack Legrand
Professeur Emérite, Génie des Procédés, Université de Nantes

Monique Axelos
Chercheur en alimentation et bioéconomie, Inrae ( dans the conversation)

Un article intéressant d’éminents experts qui expliquent comment piéger le carbone mais en sous-estimant le fait qu’il s’agit d’un piégeage provisoire qui va rejaillir un jour ou l’autre, demain ou dans des centaines d’années. Un article qui manque cruellement de données quantitatives relatif au cycle systémique du carbone; Une insuffisance qui affecte sérieusement son caractère scientifique NDLR

Guillaume Boissonnet est membre de l’International Scientific Advisory Committee de European Biomass Conference and Exhibition (EUBCE) et de la Société Française de Génie des Procédés. Guillaume Boissonnet a reçu des financements de projets de recherche par ADEME, ANR et European Union Horizon H2020

Société Française de Génie des Procédés

Monique Axelos a co-présidé le groupe de travail « Biomasse et neutralité Carbone » du Comité de prospective de la Commission de Régulation de l’Energie

Dans l’Union européenne, et dans la plupart des pays développés, un objectif de « neutralité carbone » a été fixé d’ici 2050. Il s’agit de compenser les émissions de CO2 anthropiques vers l’atmosphère par des absorptions de CO2, en utilisant des systèmes qui piègent plus de CO2 atmosphérique qu’ils n’en émettent – les plantes en sont un premier exemple. On les appelle « puits de carbone ».

En effet, tous les scénarios climatiques de référence s’alignent : une fois mises en place les multiples solutions de réduction des émissions de CO2 d’origine fossile (sobriété énergétique, efficacité des systèmes énergétiques, substitution par les énergies renouvelables, etc.), il restera des émissions incompressibles dans le temps imparti, dans les secteurs de l’agriculture et de l’industrie notamment, qui devront être compensées par des puits de carbone.

Évolution des émissions et des puits de GES sur le territoire français entre 1990 et 2050 (en MtCO2eq). Inventaire CITEPA 2018 et scénario SNBC révisée (neutralité carbone). Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, Ministère de la Transition énergétique

Qu’est-ce qu’un puits de carbone ?

Un « puits de carbone » piège donc plus de CO2 atmosphérique qu’il n’en émet dans l’atmosphère, grâce à un réservoir qui séquestre durablement du carbone d’origine atmosphérique sous forme liquide, gazeuse, ou solide, tel que les sols superficiels (le premier mètre tout au plus), les plantes, certains écosystèmes aquatiques, des cavités souterraines ou des structures géologiques poreuses en sous-sols profonds (plusieurs dizaines voire centaines de mètres), ou encore des matériaux à longue durée de vie (proche et au-delà de la centaine d’années).

Aujourd’hui, les principaux puits de carbone à l’échelle de la planète sont des puits naturels comme les océans, et les sols supports de la biomasse (forêt, tourbière, prairie, etc.). Ceux-ci peuvent stocker le CO2 mais aussi le méthane, l’autre gaz à effet de serre carboné très important. Face à l’urgence climatique, les niveaux de puits doivent être accrus.

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La première question est celle de la préservation des puits « naturels » existants et de l’augmentation de leur efficacité. Ces actions s’accompagnent du développement de nouveaux puits dits « technologiques ».

À l’échelle du territoire français, où en sommes-nous en termes de capacités de puits pour piéger notre CO2 excédentaire ? Quelles nouvelles solutions devrons-nous développer et mettre en place ?

C’est à ces questions que tentent de répondre le rapport et les fiches de synthèse récemment publiés par un groupe de chercheurs membres de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE).

À l’échelle du territoire français, l’absorption nette de ces gaz à effet de serre a été chiffrée à 14 millions de tonnes de CO₂ équivalent sur l’année 2020, contre 50 millions de tonnes de CO2 équivalent en 2005 (CO2 et méthane principalement).

D’après la Stratégie nationale bas carbone, la trajectoire des émissions nationales visant la neutralité carbone en 2050 exige de passer de 460 millions de tonnes de CO2eq émises par an en 2015, à 80 millions de tonnes de CO2 équivalent par an d’ici 2050. Une telle trajectoire devra ainsi s’accompagner d’un puits annuel d’au moins 80 millions de tonnes de CO2 équivalent pour atteindre la neutralité.

Un tel objectif nécessite ainsi le développement de ces puits d’un facteur 6. Il faudra avoir recours à des solutions de préservation et d’augmentation des puits naturels ainsi que des solutions technologiques.

Mieux comprendre et mieux protéger les puits naturels de carbone
Aujourd’hui, les forêts françaises et l’usage du bois d’œuvre constituent le principal puits national grâce à l’absorption du CO2 atmosphérique par la végétation via la photosynthèse. Après une forte augmentation jusqu’en 2008, on observe une tendance à la baisse via des épisodes de tempêtes, d’incendies, et la baisse du marché des produits issus du bois récolté. C’est sur ce dernier levier que la Stratégie nationale bas carbone souhaite jouer en redynamisant fortement les produits bois via notamment le développement des matériaux à longue durée de vie.

Les terres agricoles participent également aux puits de carbone français, en particulier via les prairies. Leurs surfaces ayant connu une baisse importante, en particulier entre 2005 et 2010, il convient aujourd’hui de les préserver et de redéployer des pratiques agricoles « stockantes » : développement de l’agroforesterie, des cultures intermédiaires, allongement des rotations des prairies temporaires, réimplantation des haies notamment.

Des pratiques stockantes spécifiques peuvent également être développées à travers l’implantation de la biomasse en milieux urbains : agriculture urbaine, jardins partagés, abords des infrastructures de transport, toits et façades végétalisés, ou encore végétalisation de friches industrielles et commerciales.

Un marais au lever du jour
Les zones humides et milieux aquatiques contribuent également à stocker le carbone. Jon/Unsplash, CC BY
Les milieux aquatiques représentent des puits de carbone sur des échelles de temps supérieures à la centaine d’années, mais dont le potentiel est encore mal évalué.

Le stockage peut provenir (i) de la dissolution directe dans l’eau du CO2 de l’air via les pompes biologiques et physiques, (ii) de la fixation du CO2 dans la matière organique issue de la photosynthèse par la flore dans les estuaires, deltas, mangroves, herbiers notamment, que l’on appelle « carbone bleu », (iii) de l’altération des roches silicatées (basaltes, granits, etc.) par les eaux de pluie chargée en acide carbonique issu de la dissolution du CO2 de l’air. Le carbone se retrouve alors stocké dans les roches sédimentaires des fonds marins. Pour ces milieux, la priorité revient à une meilleure connaissance par observation et modélisation des bilans d’émissions/absorption, qui sont encore difficiles à estimer.

L’avenir de ces puits naturels face à l’évolution de certaines activités humaines (urbanisation…) et aux effets du changement climatique reste cependant incertain, et peu étudié.

Développer des technologies de captage et de stockage de CO₂ d’origine atmosphérique
Ainsi, le recours à des systèmes technologiques de captage et de stockage est envisagé en parallèle. Le captage en milieu concentré (fumées ou effluents d’usines par exemple) est déjà déployé, mais le captage du CO2 atmosphérique doit encore être amélioré, en particulier son efficacité (le CO2 est bien plus dilué dans l’atmosphère que dans les fumées d’usine).

Parmi ces technologies, sont aujourd’hui en cours d’expérimentation le captage direct dans l’air ou encore le captage de CO₂ biogénique au sein de bioraffineries. La première solution, appelée « DACS » pour Direct Air Capture and Storage, commence à être démontrée, par exemple sur le site d’Orca en Islande, mais elle est encore difficilement reproductible sans être confrontée à des verrous en termes de bilan énergétique et donc de bilan d’émissions de GES.

Le CO2 émis par des bioraffineries (chaudières biomasse, méthaniseurs, usines de production de bioéthanol, etc.) est issu de la transformation de la biomasse ayant elle-même absorbé du CO2 atmosphérique durant sa croissance via la photosynthèse.

Au sein de la bioraffinerie, ce CO2 peut être capté avec les mêmes technologies que celles déployées à l’heure actuelle sur les cheminées d’usines ou centrales thermiques. Une fois capté, ce CO2 peut ensuite être recyclé ou séquestré dans un réservoir qui peut être géologique ou dans des sols plus superficiels (en tant qu’amendement pour les sols agricoles, dans d’anciennes mines ou carrières) ou encore dans des matériaux à longue durée de vie pour la construction du bâti ou d’infrastructures (charpentes, isolants, revêtement de route, bétons, etc.).

Si les solutions de puits de carbone semblent potentiellement nombreuses, d’importantes actions sont encore à mener afin de développer une meilleure connaissance des flux naturels, une plus grande maîtrise des pratiques stockantes liées à la gestion de la biomasse, ainsi que d’améliorer l’efficacité, la durabilité et les coûts des technologies dédiées.

Ces améliorations doivent encore être démontrées sur des systèmes complets à grande échelle. Il faudra en parallèle veiller à ce que ces technologies ne se substituent pas aux efforts de réduction d’émissions de GES, qui restent le premier levier pour l’atteinte de la neutralité carbone.

Enfin, de nombreuses actions d’accompagnements seront nécessaires, des cadres réglementaires aux normes de comptabilisation des bilans d’émissions, en passant par le soutien à la recherche et au développement et par l’amélioration de l’acceptabilité des nouvelles technologies. Un chantier important qui implique dès aujourd’hui les acteurs de la recherche, de l’industrie, les collectivités et les pouvoirs publics.

Coronavirus «l’Etat a été le problème plus que la solution» (Jean-Louis Bourlanges)

Le député centriste Jean-Louis Bourlanges avait blâmé le gouvernement face à son choix de maintenir le premier tour des élections municipales. Depuis, il observe, silencieux, les répercussions du confinement. Pour l’Opinion, il analyse les failles que révèle cette crise sans égale.

Le gouvernement est attaqué de toutes parts sur sa gestion de la crise, notamment sur son impréparation et ses injonctions contradictoires. Souscrivez-vous à ces critiques ?

Non. Je crois que ceux qui les profèrent sont inconscients de l’ampleur et de la complexité du défi que nos sociétés, dirigeants et citoyens confondus, doivent relever. Jamais, au cours des derniers siècles, nous n’avons été confrontés à un virus aussi contagieux, aussi déroutant dans ses symptômes et aussi déconcertant dans son cheminement. Il n’était pas déraisonnable d’appeler en janvier les populations au sang froid dès lors que les précédentes vagues virales, le Sras ou le H1N1, n’avaient que marginalement atteint l’Europe. Sans doute le gouvernement a-t-il hésité, tâtonné et commis quelques erreurs mais mesure-t-on bien la cruauté inouïe du dilemme auquel il a été confronté : accepter des dizaines, voire des centaines de milliers de morts, ou confiner tout un peuple et faire sombrer l’économie dans un trou sans fond, avec à la clé une montagne prévisible de souffrances matérielles et morales ? Il ne faut souhaiter à personne d’avoir à faire de tels choix.

Je ne m’étais pas insurgé contre le maintien de ces élections, mais j’avais expliqué publiquement pourquoi le report était nécessaire. C’est à mon avis la seule erreur sérieuse du gouvernement que de les avoir maintenues. On ne pouvait à la fois s’engager, comme c’était inévitable, sur la voie du confinement entre les deux tours et maintenir le premier à la date prévue. Là, il y a eu injonction contradictoire : sortir pour voter, rester chez soi pour survivre. Ceux qui lui en font reproche aujourd’hui ne manquent toutefois pas de toupet car ils n’avaient pas eu de mots assez durs – « coup de force », voire « coup d’Etat » – pour stigmatiser une décision qui eût été parfaitement légitime.

L’évolution de la doctrine sur le port du masque n’est-elle pas de nature à décrédibiliser un peu plus encore la parole publique ?

Personne n’a jamais dit que les masques ne servaient à rien, mais c’est en découvrant l’incroyable contagiosité du virus qu’on a progressivement pris conscience de leur absolue nécessité. Le drame, c’est d’avoir dû gérer la pénurie artificiellement créée quelques années plus tôt par la destruction des stocks Bachelot. Là aussi, toutefois, soyons un peu humbles : que n’avait-on dit du gaspillage supposé de l’argent public entraîné par la fabrication de ces stocks !

Cette crise prouve-t-elle que l’union nationale est un concept révolu ou utopiste ?

Une union politicienne serait dérisoire ou monstrueuse, mais est-ce signe de passéisme ou d’utopie que d’espérer, face à une épreuve de cette sorte, voir un peuple gagné par la sagesse partager les vertus magnifiquement rappelées par la Reine d’Angleterre : l’autodiscipline, la détermination bienveillante et l’esprit de camaraderie ? Je vois bien qu’une France agressivement fragmentée n’a cessé ces dernières années de cultiver le complotisme et le ressentiment et je crains que la machine à se haïr ne soit menacée d’emballement. Il me semble malgré tout que les Français devraient faire l’effort de s’envisager au lieu de se dévisager.

Certains juristes s’étranglent des modalités du texte sur l’état d’urgence sanitaire et le gouvernement réfléchit à l’option du tracking pour repérer les malades lors du déconfinement. Faut-il sacrifier une part de nos libertés individuelles pour sauver des vies ?

Il y a deux ans, j’avais été plutôt réservé sur la démarche du gouvernement en matière de lutte contre le terrorisme car il s’agissait alors d’inscrire dans le droit commun et dans la durée une partie, certes limitée mais quand même, des remises en cause circonstancielles de notre état de droit par l’état d’urgence. Aujourd’hui, il s’agit de conduire un processus inverse : autoriser en raison de circonstances exceptionnelles et pour une durée strictement limitée des dérogations à certaines garanties de droit commun. Bien sûr, il s’agit d’être très prudent pour veiller à ce que l’exception ne devienne pas la règle, mais sachons voir la gravité des enjeux en cause : réussir le déconfinement pour éviter un collapsus durable de l’économie. Je ne serais pas choqué par des dispositions autorisant le tracking si j’avais la garantie qu’elles ne survivraient pas à la période de déconfinement.

L’économie de notre pays est à l’arrêt et des voix s’élèvent partout pour dire que tout doit changer. Comment imaginez-vous le cahier des charges pour « le jour d’après » ?

Dire que tout doit changer sans jamais dire ce qui va changer, c’est s’exposer à ne rien changer du tout. Le pire scénario, et ce n’est pas le moins probable, c’est effectivement que rien ne change mais que tout se déglingue sur les trois plans économique, social et géopolitique. Pour conjurer ce risque, nous avons besoin de concevoir un scénario économique équilibré combinant soutien à la demande et à l’offre et se garder de faire des proclamations à l’emporte-pièce sur l’augmentation durable des transferts sociaux et l’accroissement souhaitable du rôle de l’état. Ce que révèle l’épreuve en cours, c’est que l’Etat a été le problème plus que la solution. Evitons le simplisme et reconnaissons en lui à la fois un irremplaçable assureur social, un redistributeur nécessaire mais guetté par l’embonpoint et un piètre gestionnaire de biens et de services. A l’heure des « faut qu’on » et des « y a qu’à », sommes-nous vraiment prêts à la nuance et à la modération ?

Cette crise va-t-elle automatiquement donner un coup d’arrêt à la mondialisation comme le prédisent certains ?

Je n’en crois pas un mot car, si on y regarde de près, rien dans cette crise n’est véritablement imputable à la mondialisation, sinon l’habitude difficile à contrecarrer d’aller les uns chez les autres. Pour casser durablement la chose, il faudrait que nous soyons capables de repenser en profondeur la division internationale du travail et d’en imposer autoritairement une nouvelle.  « Vaste programme », aurait dit le général de Gaulle. La multilocalisation des grandes entreprises financières et industrielles restera la règle car elle est dictée par la demande. Je crois en revanche qu’on observera une certaine relocalisation de la production/consommation agricole ainsi qu’une remise en cause des excès en matière de stockage et de flux tendus. La seule chose qui va toutefois compter, c’est l’ampleur des destructions de valeur et des pertes d’emploi.

Hydrogène : la solution ?

Hydrogène : la solution ?

 

 

Il est bien difficile de trouver des articles un peu objectifs sur les potentialités des différentes énergies qualifiées de nouvelles. En effet, la plupart du temps la littérature sur chaque source d’énergie est surtout le fait de lobbies qui vantent  les mérites des intérêts qu’ils représentent, c’est le cas du nucléaire évidemment mais tout autant par exemple du lobby du solaire, de l’éolienne ou encore de l’hydrogène. Un article intéressant émanant du blog cavainc.blogspot.com  essaye de faire le point sur le sujet, il évoque les potentialités mais souligne aussi toutes les difficultés qui restent à résoudre en matière de production, aujourd’hui encore trop polluantes et/ou  trop peu compétitives, aussi en matière de transport,  de stockage et ‘utilisation notamment les risques d’explosion.

 

« L’hydrogène apporte à l’électricité la souplesse d’utilisation qui lui fait défaut. En effet, si l’on sait produire de l’électricité de multiples façons, on ne sait pas la stocker efficacement. Les batteries sont coûteuses et n’offrent qu’une autonomie très limitée. L’hydrogène, lui, peut être stocké. Ainsi, avec une réserve d’hydrogène et une pile à combustible, il devient possible de produire de l’électricité n’importe où et n’importe quand, sans être relié au réseau électrique. Grâce à l’hydrogène et à la pile à combustible, électricité et mobilité deviennent plus aisément compatibles.

Petit historique de l’hydrogène

C’est en 1766 que le chimiste britannique Henry Cavendish parvint à isoler une nouvelle substance gazeuse qui brûlait dans l’air, et qu’il appela pour cela “air inflammable”. Pour arriver à ses fins, il recueillit avec beaucoup de soins, dans des vessies de porc, le gaz produit par l’action de l’acide chlorhydrique sur le fer, le zinc, l’étain, et découvrit qu’au moment où le gaz s’échappait de la vessie il brûlait avec une même flamme bleue pour chacun des échantillons dès qu’on l’allumait.

L’hydrogène doit son nom au chimiste français Antoine-Laurent de Lavoisier, qui effectua peu de temps après en 1781 la synthèse de l’eau. En 1804 le Français Louis-Joseph Gay-Lussac et l’Allemand Alexander von Humboldt démontrèrent conjointement que l’eau est composée d’un volume d’oxygène pour deux volumes d’hydrogène, et c’est en 1839 que l’Anglais William R. Grove découvrît le principe de la pile à combustible : il s’agit d’une réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène avec production simultanée d’électricité, de chaleur et d’eau.

Dans les années 1939-1953 l’Anglais Francis T. Bacon fît progresser les générateurs chimiques d’électricité, qui permirent la réalisation du premier prototype industriel de puissance, et à partir de 1960 la NASA utilisa la pile à combustible pour alimenter en électricité ses véhicules spatiaux (programmes Apollo et Gemini).

 

Une petite molécule pleine d’énergie

La molécule d’hydrogène que nous utilisons le plus couramment est composée de deux atomes d’hydrogène (H2). Incolore, inodore, non corrosive, cette molécule a l’avantage d’être particulièrement énergétique : la combustion de 1 kg d’hydrogène libère environ 3 fois plus d’énergie qu’1 kg d’essence (soit 120 MJ/kg contre 45 MJ/kg pour l’essence). En revanche, comme l’hydrogène est le plus léger des éléments, il occupe, à poids égal, beaucoup plus de volume qu’un autre gaz. Ainsi, pour produire autant d’énergie qu’avec 1 litre d’essence, il faut 4,6 litres d’hydrogène comprimé à 700 bars. Ces volumes importants sont une contrainte pour le transport et le stockage sous forme gazeuse.

Comme de nombreux combustibles, l’hydrogène peut s’enflammer ou exploser au contact de l’air. Il doit donc être utilisé avec précaution. Mais la petitesse de ses molécules lui permet de diffuser très rapidement dans l’air (quatre fois plus vite que le gaz naturel), ce qui est un facteur positif pour la sécurité.

 

Une technologie d’avenir déjà ancienne

Le développement de la filière hydrogène repose en grande partie sur la technologie de la pile à combustible (PAC). Son principe n’est pas nouveau mais, s’il paraît simple, sa mise en œuvre est complexe et coûteuse, ce qui a interdit sa diffusion dans le grand public pendant longtemps. Aujourd’hui, des progrès ont été réalisés et les applications envisageables sont nombreuses.

Les enjeux sont immenses, notamment dans le cas des transports, aujourd’hui exclusivement dépendants des énergies fossiles non renouvelables et très polluantes. Des véhicules électriques alimentés par une pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène pourront remplacer avantageusement nos véhicules actuels : de nos voitures ne s’échappera plus que de l’eau ! Les constructeurs automobiles ont déployé depuis 2008 les premières applications de l’hydrogène dans les “flottes captives” : bus et véhicules utilitaires ont en effet un point de passage ou de stationnement obligé, ce qui facilite le ravitaillement. Les premières voitures particulières pourraient, quant à elles, commencer à pénétrer le marché entre 2010 et 2020.

Déjà, la micro-PAC produit les quelques watts nécessaires à l’alimentation d’appareils portables (téléphones, ordinateurs…), en multipliant par 5 leur autonomie par rapport aux systèmes actuels et permettant une recharge en un instant et n’importe où.

Les applications stationnaires d’une PAC capable de produire par exemple 1 MW sont également intéressantes. Elles pourraient être commercialisées à l’horizon 2010. Dans les habitations, l’hydrogène sera ainsi tout à la fois source de chaleur et d’électricité. Il permettra, de plus, d’alimenter en électricité les relais isolés qui ne peuvent être raccordés au réseau (sites montagneux, mer…).

Sur ce terrain, il peut devenir le parfait complément des énergies renouvelables. En effet, les énergies solaire ou éolienne ont l’inconvénient d’être intermittentes. Grâce à l’hydrogène, il devient possible de gérer ces aléas : en cas de surproduction, l’électricité excédentaire peut servir à produire de l’hydrogène ; lorsque la production est insuffisante, l’hydrogène peut à son tour être converti en électricité.

Les potentialités de ce gaz ne se limitent pas à la production d’électricité. Il peut également fournir de l’énergie par combustion. C’est déjà le cas dans le domaine spatial, où il sert à la propulsion des fusées. Il pourrait entrer également dans la composition de gaz de synthèse, ce qui permettrait d’obtenir des carburants plus énergétiques que les carburants actuels.

 

Présent partout… mais disponible nulle part

L’hydrogène est extrêmement abondant sur notre planète. Chaque molécule d’eau (H2O) en contient deux atomes. Or, l’eau couvre 70 % du globe terrestre. On trouve également de l’hydrogène dans les hydrocarbures qui sont issus de la combinaison d’atomes de carbone et d’hydrogène. De même la biomasse (organismes vivants, animaux ou végétaux) est donc une autre source potentielle d’hydrogène.

Mais bien qu’il soit l’élément le plus abondant de la planète, l’hydrogène n’existe pratiquement pas dans la nature à l’état pur. Il pourrait donc être converti en énergie de façon inépuisable… à condition de savoir le produire en quantité suffisante.

Il a heureusement l’avantage de pouvoir être produit à partir des trois grandes sources : fossile, nucléaire, biomasse. Mais pour être économiquement et écologiquement viable, sa production doit répondre à trois critères :

- la compétitivité : les coûts de production ne doivent pas être trop élevés

- le rendement énergétique : la production ne doit pas nécessiter trop d’énergie

- la propreté : le processus de fabrication doit être non polluant sous peine d’annuler l’un des principaux atouts de l’hydrogène.

Plusieurs méthodes sont aujourd’hui opérationnelles, mais aucune ne répond pour l’instant parfaitement à ces trois critères. Les coûts de production restent notamment très élevés, ce qui est un obstacle pour des utilisations massives. De nouvelles voies prometteuses sont en cours d’élaboration.

 

La production actuelle

Si l’hydrogène n’est quasiment pas utilisé dans le domaine de l’énergie, il est une des matières de base de l’industrie chimique et pétrochimique. Il est utilisé notamment pour la production d’ammoniac et de méthanol, pour le raffinage du pétrole ; il est également employé dans les secteurs de la métallurgie, de l’électronique, de la pharmacologie ainsi que dans le traitement de produits alimentaires. Pour couvrir ces besoins, 50 millions de tonnes d’hydrogène sont déjà produits chaque année. Mais si ces 50 millions de tonnes devaient servir à la production d’énergie, elles ne représenteraient que 1,5 % des besoins mondiaux d’énergie primaire. Utiliser l’hydrogène comme vecteur énergétique suppose donc d’augmenter énormément sa production.

 

Production d’hydrogène à partir des énergies fossiles

Aujourd’hui, 95 % de l’hydrogène est produit à partir des combustibles fossiles par reformage : cette réaction chimique casse les molécules d’hydrocarbures sous l’action de la chaleur pour en libérer l’hydrogène. Le vaporeformage du gaz naturel est le procédé le plus courant : le gaz naturel est exposé à de la vapeur d’eau très chaude, et libère ainsi l’hydrogène qu’il contient.

Mais la production d’hydrogène par reformage a l’inconvénient de rejeter du gaz carbonique (CO2) dans l’atmosphère, principal responsable de l’effet de serre. Pour éviter cela, la production d’hydrogène à partir de combustibles fossiles supposerait donc d’emprisonner le gaz carbonique par des techniques qui doivent faire l’objet de développements (on envisage, par exemple, de réinjecter le gaz carbonique dans les puits de pétrole épuisés).

L’hydrogène produit à partir du gaz naturel est le procédé le moins cher. Mais son prix de revient reste le triple de celui du gaz naturel. Comme ce mode de production est polluant et que les ressources en énergies fossiles sont appelées à décroître, diversifier les modes de production s’avère indispensable.

 

Production de l’hydrogène par décomposition de l’eau

Une voie possible consiste à dissocier les atomes d’oxygène et d’hydrogène combinés dans les molécules d’eau (selon la réaction H2O —> H2 + 1/2 O2). Cette solution est la plus intéressante en termes d’émission de gaz à effet de serre…

à condition toutefois d’opérer cette dissociation à partir de sources d’énergie elles-mêmes non émettrices de CO2.

Parmi les procédés envisageables, deux sont actuellement à l’étude : l’électrolyse et la dissociation de la molécule d’eau par cycles thermochimiques.

L’électrolyse permet de décomposer chimiquement l’eau en oxygène et hydrogène sous l’action d’un courant électrique. La production d’hydrogène par électrolyse peut se faire dans de petites unités réparties sur le territoire national. Pour être rentable, ce procédé exige de pouvoir disposer de courant électrique à très faible coût. Actuellement, la production d’hydrogène par électrolyse coûte 3 à 4 fois plus cher que la production par reformage du gaz naturel. Elle souffre de plus d’un mauvais rendement global. L’électrolyse à haute température, qui est une amélioration de l’électrolyse classique, permettrait d’obtenir de meilleurs rendements.

L’autre procédé de décomposition de la molécule d’eau par cycles thermochimiques permet d’opérer la dissociation de la molécule à des températures de l’ordre de 800° à 1000 °C. De telles températures pourraient être obtenues par le biais de réacteurs nucléaires à haute température de nouvelle génération, actuellement à l’étude, ou de centrales solaires.

 

Production directe à partir de la biomasse

La biomasse est une source de production d’hydrogène potentiellement très importante. Elle est constituée de tous les végétaux (bois, paille, etc.) qui se renouvellent à la surface de la Terre. L’hydrogène est produit par gazéification, laquelle permet l’obtention d’un gaz de synthèse (CO + H2). Après purification, celui-ci donne de l’hydrogène. Cette solution est attrayante car la quantité de CO2 émise au cours de la conversion de la biomasse en hydrogène est à peu près équivalente à celle qu’absorbent les plantes au cours de leur croissance ; l’écobilan est donc nul.

Un jour, il sera peut-être possible de produire de l’hydrogène à partir de bactéries et de micro-algues. On a en effet découvert récemment que certains de ces organismes avaient la particularité de produire de l’hydrogène sous l’action de la lumière. Mais ce procédé n’en est aujourd’hui qu’au stade du laboratoire.

Pour que l’hydrogène puisse réellement devenir le vecteur énergétique de demain, il faut qu’il soit disponible à tout moment et en tout point du territoire. Mettre au point des modes de transport, de stockage et de distribution efficaces représente donc un enjeu crucial.

 

Les réseaux de distribution

Dans les schémas actuels, la logique de distribution industrielle est en général la suivante : l’hydrogène est produit dans des unités centralisées, puis utilisé sur site ou transporté par gazoducs. Ce transport permet de connecter les principales sources de production aux principaux points de son utilisation.

Des réseaux de distribution d’hydrogène par gazoducs existent déjà dans différents pays pour approvisionner les industries chimiques et pétrochimiques (environ 1 050 km en France, en Allemagne et au Bénélux sont exploités par Air Liquide). La réalisation de ces infrastructures industrielles démontre que l’on dispose d’une bonne maîtrise de la génération et du transport d’hydrogène. Un bémol cependant : le coût du transport est environ 50 % plus élevé que celui du gaz naturel et une unité de volume d’hydrogène transporte trois fois moins d’énergie qu’une unité de volume de gaz naturel.

Pour distribuer l’hydrogène, des infrastructures de ravitaillement devront être développées.

La mise au point de stations-service ne semble pas poser de problèmes techniques particuliers. Une quarantaine de stations pilotes existent d’ailleurs déjà dans le monde, en particulier aux États-Unis, au Japon, en Allemagne et en Islande. Il faudra cependant du temps pour que ces stations-service couvrent tout le territoire, ce qui risque de freiner le développement de l’hydrogène dans les transports.

Pour pallier cette difficulté, certains constructeurs automobiles envisagent d’utiliser, plutôt que l’hydrogène lui-même, des carburants qui en contiennent. Dans ce cas, l’étape de reformage a lieu à bord du véhicule. L’intérêt du procédé est alors réduit puisque le reformage produit du dioxyde de carbone, principal responsable de l’effet de serre.

 

Le stockage de l’hydrogène

Concevoir des réservoirs à la fois compacts, légers, sûrs et peu coûteux est déterminant puisque c’est précisément cette possibilité de stockage qui rend l’hydrogène particulièrement attractif par rapport à l’électricité.

 

Stockage sous forme liquide

Conditionner l’hydrogène sous forme liquide est une solution a priori attrayante. C’est d’ailleurs sous cette forme qu’il est utilisé dans le domaine spatial. Mais c’est, après l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier. Cette solution entraîne une dépense énergétique importante et des coûts élevés qui rendent son application plus difficile pour le grand public.

 

Stockage gazeux sous haute pression

Le conditionnement sous forme gazeuse est une option prometteuse. Les contraintes sont toutefois nombreuses.

Léger et volumineux, un tel gaz doit être comprimé au maximum pour réduire l’encombrement des réservoirs. Des progrès ont été faits : de 200 bars, pression des bouteilles distribuées dans l’industrie, la pression est passée à 350 bars aujourd’hui, et les développements concernent maintenant des réservoirs pouvant résister à des pressions de 700 bars. Mais cette compression a un coût. De plus, même comprimés à 700 bars, 4,6 litres d’hydrogène sont encore nécessaires pour produire autant d’énergie qu’avec 1 litre d’essence.

Le risque de fuite gazeuse doit également être pris en considération compte tenu du caractère inflammable et explosif de ce gaz dans certaines conditions. Or, en raison de la petite taille de sa molécule, l’hydrogène est capable de traverser de nombreux matériaux, y compris certains métaux. Il en fragilise, de plus, certains en les rendant cassants.

L’étude du stockage haute pression consiste donc, pour l’essentiel, à éprouver la résistance des matériaux à l’hydrogène sous pression. Ces matériaux doivent être résistants mais relativement légers (mobilité oblige). Les réservoirs métalliques, utilisés actuellement, se révèlent encore coûteux et lourds au regard de la quantité de gaz qu’ils peuvent emporter. Des réservoirs non plus métalliques mais en matériaux polymères sont en cours d’élaboration pour répondre à ces contraintes.

 

Stockage sous basse pression

Une autre solution consisterait à stocker l’hydrogène dans certains matériaux carbonés ou dans certains alliages métalliques capables d’absorber l’hydrogène et de le restituer lorsque cela est nécessaire. Ce mode de stockage fait actuellement l’objet de nombreuses études.

 

Les différentes filières technologiques

Il existe plusieurs types de piles à combustible qui se différencient par leur électrolyte. Ce dernier définit la température de fonctionnement de la pile et, de fait, son application. Il y a aujourd’hui deux obstacles majeurs au développement des applications commerciales des piles : des difficultés d’ordre technologique (compacité insuffisante, usure des matériaux trop rapide, rendements énergétiques perfectibles) et les coûts de fabrication.

Actuellement, les recherches visent à diminuer les coûts tout en améliorant les performances. Elles tournent principalement autour de deux familles de piles à électrolytes solides.

• La pile à membrane échangeuse de protons P.E.M.F.C. (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) fonctionne à 80°C avec un électrolyte en polymère. C’est la plus prometteuse pour les transports. Les prototypes actuels pour les automobiles reviennent à 7 600 euros/kW. L’enjeu des recherches est de faire passer leur coût en dessous de 50 euros/kW.

Une variante, la pile à méthanol direct D.M.F.C. (Direct Methanol Membrane Fuel Cell) ou à éthanol direct D.E.F.C. (Direct Ethanol Membrane Fuel Cell), consomme directement l’hydrogène contenu dans l’alcool. Très compacte, elle est promise à l’alimentation de la micro-électronique et de l’outillage portatif.

• La pile à oxyde solide S.O.F.C. (Solid Oxide Fuel Cell), est séduisante pour les applications stationnaires, car sa température de fonctionnement très élevée (de l’ordre de 800°C) permet d’utiliser directement le gaz naturel sans reformage. De plus, la chaleur résiduelle peut être exploitée à son tour directement, ou servir à produire de l’électricité par le biais d’une turbine à gaz. Dans ce cas, le rendement global pourrait atteindre 80%.

 

L’hydrogène en toute sécurité

Bien que couramment utilisé dans l’industrie, l’hydrogène est souvent considéré comme un gaz dangereux. Cette image est essentiellement liée à l’accident du ballon dirigeable Hindenburg en 1937, même si nous savons aujourd’hui que la cause réelle de l’incendie n’était pas liée à l’hydrogène, mais à la nature extrêmement inflammable du vernis qui recouvrait l’enveloppe.

Au début du XXe siècle, l’hydrogène était utilisé couramment par le grand public dans le gaz de ville. Si ce mélange d’hydrogène et d’oxyde de carbone a été délaissé, c’est en raison de l’extrême toxicité de l’oxyde de carbone et non à cause de l’hydrogène.

Certes, l’hydrogène doit être utilisé avec précaution, mais il n’est pas plus dangereux que le gaz naturel : les risques sont simplement différents. Pour assurer une utilisation de l’hydrogène en toute sécurité, il faut essentiellement éviter tout risque de fuite, car l’hydrogène est inflammable et explosif, et toute situation de confinement peut s’avérer dangereuse. Ceci suppose l’utilisation de dispositifs de sécurité adéquats (ventilateurs, détecteurs…). De nombreuses études sont menées à chaque étape de la filière pour pallier ces risques. Le C.E.A. effectue, par exemple, des tests d’éclatement de chute et de perforation sur les réservoirs haute pression qu’il met au point.

Il est important de définir également des règles d’utilisation communes. La mise en place d’une économie hydrogène ne pourra se faire sans une harmonisation des normes et des réglementations au niveau européen et international. En 1990, l’International Standard Organisation (ISO), organisation internationale de normalisation, a ainsi créé un comité technique pour élaborer des normes dans le domaine de la production, du stockage, du transport et des diverses applications de l’hydrogène ; à titre d’exemple, le projet européen E.I.H.P. (European Integrated Hydrogen Project) émet des propositions de réglementation pour les véhicules à hydrogène et les infrastructures de distribution.

 

Inépuisable, respectueux de l’environnement, souple dans son utilisation, l’hydrogène offre de nombreux avantages. Combiné à l’électricité, il devrait permettre de satisfaire les principaux besoins en énergie de l’homme. Face à la pénurie des énergies fossiles qui se profile, l’intérêt de la filière hydrogène est incontestable. Mais avant que l’hydrogène n’entre dans notre vie quotidienne, des progrès doivent être faits à chaque étape de la filière : production, transport, stockage, utilisation.

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Lutte contre la pauvreté : la solution, faire comme Macron !

Lutte contre la pauvreté : la solution, faire comme Macron ! 

 

Au Nigéria,  Macron a incité l’Afrique à suivre son exemple pour sortir de la pauvreté ; Un message aux africains qui peut s’appliquer aux défavorisés français. .  L’Afrique et les Africains doivent réussir “sans complexe” et sans jamais écouter ceux qui recommandent d’attendre, a déclaré mercredi Emmanuel Macron à des entrepreneurs, au second jour de sa visite au Nigeria, prenant son propre cas en exemple. “Personne n’a à décider de notre futur”, a dit le président français lors d’un échange avec ces entrepreneurs, à Lagos. “C’est à l’Afrique de décider pour l’Afrique, d’expliquer l’Afrique et de créer son propre modèle d’entrepreneuriat.”. Pour encourager ces entrepreneurs, dont un grand nombre de jeunes, Emmanuel Macron a souligné qu’il ne serait pas président s’il avait suivi les conseils de ceux qui lui disaient d’attendre avant de briguer l’Elysée. Il a juste oublié que sans la courte échelle de François Hollande (et des financiers), il serait un total inconnu.

Pour mémoire un rappel du CV de Macron :

 

Emmanuel Macron grandit dans une famille de médecins. Son père, Jean-Michel Macron, est neurorologue, et professeur de neurologie au CHU d’Amiens; sa mère, Françoise Macron-Noguès est médecin-conseil au sein de la sécurité sociale. Sa grand-mère, principale de collège, a eu une influence déterminante. Passionné de théâtre, il fait la rencontre, au lycée de La Providence à Amiens de Brigitte Trogneux, professeur de français, alors qu’il a 15 ans. Elle anime l’atelier théâtre du lycée. Progressivement, ils tombent amoureux. De près de vingt-quatre ans son aînée, Brigitte Trogneux, qui a trois enfants, lâche tout et divorce, pour devenir sa compagne. Puis sa femme en 2007.  Après ses années de collège, il entre en seconde au Lycée La Providence d’Amiens – un établissement catholique privé tenu par les jésuites où il rencontre sa future épouse, Brigitte Trogneux. Il termine sa scolarité au lycée Henri IV à Paris, et en sort avec un bac S. Il choisit la voie littéraire, hypokhâgne et khâgne à Henri IV,  mais échoue au concours d’entrée à l’ENS. Après un DEA de philosophie passé à l’Université de Nanterre, Emmanuel Macron enchaîne avec l’Institut d’Etudes politiques de Paris. Diplômé de Sciences Po, il passe le concours de l’ENA.  Il intègre la promotion Léopold Sédar Senghor (2002-2004). Il y est élève en même temps  que Boris Vallaud, futur époux de Najat Vallaud-Belkacem, Mathias Vicherat, qui deviendra directeur de cabinet d’Anne Hidalgo à la Mairie de Paris, ou encore Gaspard Gantzer, le grand communiquant de François Hollande à l’Elysée.  A sa sortie de l’ENA, en 2004, Emmanuel Macron rejoint l’Inspection des finances. Et adhère au Parti socialiste. En 2007, Jacques Attali le repère et le recrute pour être rapporteur de la Commission pour la libération de la croissance française, une mission confiée par le nouveau Président de la République, Nicolas Sarkozy. Il y noue de précieux contacts notamment avec Serge Weinberg, alors Président du groupe Sanofi.  Alors que Macron se lasse de l’inspection des Finances, Weinberg lui facilite sa sortie. Il passe dans le privé pour goûter au métier de banquier d’affaires chez Rothschild en 2008. Son ascension est ultra-rapide, et il devient associé-gérant de la Banque Rothschild et Compagnie, de 2011 à 2012. Ce qui lui permet, pour être intervenu sur quelques deals très importants, d’assurer sa fortune.

En 2012, François Hollande  - dont l’attention a été attirée sur ce jeune impétueux par Attali mais également par Jean-Pierre Jouyet – l’appelle à l’Elysée comme secrétaire général adjoint. Emmanuel Macron est nommé Ministre de l’Economie, de l’Industrie et du Numérique le 26 août 2014. Il en démissionne deux ans plus tard le 30 août 2016. En 2018, il est élu président avec notamment l’appui des milieux financiers. . Comme quoi, tout est uen question de volonté….ou presque quand on naît avec une cuillère en argent dans la bouche et qu’on peut en quelques années seulement faire fortune dans la banque, accéder au sommet en slalomant des les milieux financiers et politiques.