Le duel batteries-hydrogène pour la motorisation décarbonée du transport routier

François Chabannes

Coprésident de la Fondation d’entreprise Alcen pour la Connaissance des Énergies

Dans le monde, en 2018, le milliard et demi de véhicules circulant sur les routes grâce à la combustion d’hydrocarbures fossiles aura émis environ 6 milliards de tonnes de dioxyde de carbone, soit plus de 15% des près de 37 milliards de tonnes de CO2 dispersées cette année-là dans l’atmosphère(1).

La transition énergétique impose de substituer rapidement des motorisations totalement décarbonées aux moteurs à combustion interne (MCI) actuels.

La voiture « standard » actuelle exige une énergie d’environ 15 kWh pour vaincre, sur 100 km, les résistances que l’air et le sol opposent à son avancement. Le moteur à combustion interne qui la motorise a un rendement, du carburant à la roue, limité à 25%. Il lui faut donc 6 litres pour parcourir 100 km, sachant que le litre d’essence contient environ 10 kWh d’énergie.

Avec un réservoir de 50 litres, pesant environ 50 kg à vide, l’automobile actuelle a une autonomie de 700 à 800 km. Mais la combustion de cette essence « fossile » produira au moins 100 g de CO2 par km parcouru, soit 10 kg aux 100 km. Le moteur à combustion interne d’hydrocarbures fossiles menace donc directement le climat et doit disparaître dès que possible.

Le moteur électrique, dans ses versions adaptées aux puissances importantes (˃ 10 kW) alimentées en courant alternatif, apparaît tout de suite comme la solution idéale pour se substituer au MCI. Son rendement est excellent (85% et même 90% en version synchrone, triphasée, à aimants permanents). 18 kWh lui suffisent pour motoriser une voiture standard sur 100 km. Pour une autonomie de 700 km, 130 kWh lui sont donc suffisants, soit l’équivalent de 13 l d’essence, au lieu d’environ 50 l pour un MCI performant (7 l/100 km). Par ailleurs, son poids et son encombrement sont trois à quatre fois inférieurs à celui-ci ; on peut le diviser et le répartir entre les quatre essieux du véhicule ; on peut récupérer de l’énergie cinétique pendant la décélération, son circuit d’alimentation (onduleur) étant réversible.

Le match entre moteur thermique et électrique est ainsi gagné sans appel par ce dernier, ce qui en fait une solution acquise pour l’avenir de la motorisation routière décarbonée. Elle sera électrique « à la roue ».

Mais comment alimenter ce moteur avec de l’énergie électrique stockée à bord du véhicule ?

Deux solutions s’affrontent : les batteries lithium-ion (Li-ion), stockant sous forme électrochimique les kilowattheures directement utilisables par le bloc moteur, ou l’hydrogène embarqué dans un réservoir sous très haute pression (700 bars)(2) alimentant une pile à combustible le transformant en électricité.

Le stockage à bord par batterie rechargeable

1) Les batteries au plomb

Les premières batteries rechargeables au plomb datent du 19e siècle (Gaston Plante – 1859) et équipent encore aujourd’hui la quasi-totalité des véhicules à moteur thermique dont elles assurent principalement le démarrage, grâce à leur capacité à fournir des intensités élevées pendant des temps courts.

Les batteries au plomb sont constituées de deux électrodes Pb trempant dans une dilution d’acide sulfurique H2SO4. À la charge, la cathode – fixe le plomb que le courant électrique a dissocié de l’anode +. À la décharge, le reflux du plomb jusqu’à l’anode crée un courant électrique dans le circuit extérieur.

Les défauts majeurs des batteries au plomb sont leur très faible densité massique (15 à 30 Wh/kg), leur poids et la toxicité du plomb. Cependant, malgré des efforts ininterrompus pour l’améliorer ou la remplacer (sodium-soufre notamment), cette technologie a traversé le 20e siècle sans évolution majeure, fait rarissime, en s’imposant dans la durée par un coût de revient au Wh très faible.

2) Les batteries lithium-ion

Dans ce type de batterie, l’ion lithium+ se déplace entre deux électrodes, la cathode (graphite par exemple) à laquelle il est peu lié, l’anode+ (oxyde de cobalt par exemple) pour laquelle il a une forte affinité. Les deux électrodes baignent dans un électrolyte liquide (sel de lithium). Lors de la charge, l’ion Li+ est inséré « de force » dans le graphite. Pendant la décharge, les ions Li+ rejoignent l’anode et les électrons e- migrent vers la cathode.

Les batteries Li-ion ont la qualité majeure de posséder une capacité élevée de stockage d’énergie électrique massique, de 100 à 250 Wh/kg, pour un poids faible, le lithium étant très léger. Elles sont donc particulièrement adaptées au stockage d’électricité embarqué. Leurs principaux défauts sont leur fragilité aux cycles de charge-décharge, qui nécessitent des protocoles rigoureux, leur sensibilité à la température et la réactivité de leurs électrolytes solides. Les batteries Li-ion puissantes sont ainsi équipées d’un circuit de régulation et de protection (BMS : Battery Management System).

Dans les années 1990, l’explosion de l’informatique individuelle suivie de celle des smartphones a rendu crucial le besoin en batteries portables à haute densité d’énergie et de petites puissances. Les petites batteries rechargeables Li-ion ont alors été développées dans l’urgence et ont conquis durablement ces marchés.

Dans un second temps, à partir des années 2000, la prise de conscience climatique commençant à peser en faveur d’une décarbonation rapide de la mobilité, un passage à la voiture électrique est apparu comme la voie à privilégier.

Vers 2010, la maîtrise de l’assemblage des cellules Li-ion en grand nombre étant acquise (stacks), les premières batteries dépassant les 100 Wh/kg furent disponibles et, avec elles, des prototypes de véhicules électriques atteignant 150 km d’autonomie avec 300 kg de batterie, le prix de celle-ci comptant pour près de la moitié de celui du véhicule.

Dès lors, la pression climatique s’intensifiant (COP21, 2015) ainsi que les subventions gouvernementales associées, des efforts considérables en R&D et en investissements dans les infrastructures ont porté sur la densité énergétiques des batteries Li-ion et sur les réseaux de recharge des voitures électriques.

En 2018, des densités de 200 Wh/kg sont maintenant proposées et, en autonomie, la compétitivité avec les voitures thermiques pour une recharge n’est plus hors de portée (700 km). De même, près de 25 000 bornes de recharge sont accessibles au public en France (à fin novembre 2018), dont 1 100 de recharge rapide.

À l’échelle mondiale, les grandes manœuvres industrielles, pour dominer un marché de la batterie automobile qui s’annonce gigantesque, sont déjà largement lancées. L’European Battery Alliance ambitionne de constituer l’Airbus européen face au monopole asiatique qui se dessine, de plus en plus menaçant, autour du géant chinois (CATL).

Simultanément, depuis le début de la décennie, l’hydrogène couplé à la pile à combustible a, lui aussi, posé sa candidature à la mobilité décarbonée.

L’hydrogène, combustible pour la mobilité décarbonée ?

On sait que l’hydrogène est le plus énergétique des gaz. Il contient 33 kWh/kg, soit plus que 3 kg de pétrole. Mais c’est aussi le plus léger des gaz. Il faut au moins le comprimer à 700 bars pour que 7 litres d’hydrogène à cette pression contiennent l’équivalent d’un litre d’essence, et cette compression consomme 15% de l’énergie qu’il contient. On peut aussi le liquéfier : 4 l d’H2 liquide à - 253°C contiennent alors la même énergie qu’un litre d’essence.

Alors pour stocker à bord d’un véhicule l’équivalent énergétique en hydrogène d’un réservoir d’essence courant de 40 litres, pesant 40 kg, il faut un réservoir presque 10 fois plus gros et 6 fois plus lourd, résistant à une pression interne de 700 bars (matériaux composites).

Mais la combustion de l’hydrogène dans l’air donne de l’eau, ce qui qualifie l’hydrogène comme un combustible candidat à la transition énergétique.

1) La voiture à hydrogène

On a vu que le moteur électrique (triphasé, synchrone) à très haut rendement s’impose actuellement comme l’étape finale de la motorisation. Dans un véhicule à hydrogène, ce moteur est alimenté par une pile à combustible (PAC ou FCEV(3)) qui lui fournit de l’électricité à partir d’hydrogène sous haute pression.

2) La pile à combustible

Inventée en même temps que l’électrolyse au 19e siècle (1838), la pile à combustible utilise l’effet inverse. L’hydrogène injecté sur l’anode+ se dissocie en protons et électrons ; ces derniers ne pouvant traverser l’électrolyte passent par le circuit électrique externe, les protons H+, eux, traversent une membrane sélective ultra-fine et viennent se recombiner avec l’air injecté sur la cathode- et donner de l’eau, de la chaleur et de l’électricité.

D’un rendement proche de 50%, la technologie PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), parce qu’elle est adaptée aux températures moyennes de l’utilisation de l’eau (20-100 °C), est privilégiée contre les technologies SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell) aux meilleurs rendements mais qui exigent des températures élevées (800°C).

Dans les premières voitures H2 actuellement commercialisées (2017 - Mirai de Toyota), la pile à combustible développe 115 kW vers un moteur électrique de même puissance.

Au-delà des qualités d’autonomie et de rapidité de recharge associées à l’hydrogène, les performances de la PAC constituent aujourd’hui la clé de la compétitivité du véhicule. Un premier obstacle est la durée de vie, aujourd’hui de quelques milliers d’heures, alors que l’objectif est de 2 à 5 ans (de l’ordre de 20 000 à 45 000 h).

Le second obstacle est le coût. Certaines des technologies-clés des PAC sont extrêmement chères, en particulier les membranes transparentes aux ions H+, le platine catalysant la dissociation ainsi que le graphène des électrodes. Le problème reste que, jusqu’ici, les technologies PEMFC n’ont pas été industrialisées au-delà de quelques milliers d’exemplaires.

La conséquence est qu’aujourd’hui, le prix d’une PAC est de l’ordre de 6 000 à 7 000 €(4) pour 110 à 130 kW, prix qu’il faudrait réduire d’au moins un ordre de grandeur pour rivaliser avec les batteries qui sont en pleine progression aussi sur ce point.

3) Le réservoir à hydrogène

Le stockage de l’hydrogène embarqué dans un véhicule se fait aujourd’hui dans un réservoir sous très haute pression (700 bars). 1 kg d’hydrogène correspond environ à une autonomie de 100 km. Les réservoirs des premières voitures à hydrogène contiennent 5 kg d’H2, à 700 bars, dans un volume de 125 litres et pèsent environ 130 kg, s’ajoutant à un poids de PAC d’environ 100 kg. On est loin de la compétitivité avec une voiture thermique, mais des autonomies très grandes sont envisageables, au contraire des batteries actuelles dont le poids leur est proportionnel (1 kg/km).

Notons que les technologies de distribution et de stockage de l’hydrogène pour les usages routiers exigent de très grandes étanchéités opérationnelles, l’hydrogène étant par sa faible densité et sa réactivité, extrêmement « fuitard » et explosif dans l’air (Fukushima Daiichi).

4) Commercialisation et infrastructures

En 2019, seuls Toyota (Mirai), Honda (Clarity) et Hyundai (Nexo) ont commercialisé des voitures à hydrogène, à des prix très élevés autour de 70 000 à 80 000 € et avec des niveaux de développement de prototypes.

Ainsi, pas plus de 6 000 voitures à hydrogène sont aujourd’hui en circulation dans le monde, le facteur limitant étant le manque d’infrastructures de distribution. En France, en 2019, une vingtaine de stations de distribution H2 sont en service pour environ 300 véhicules, essentiellement urbains (Hype). Là aussi, les coûts d’investissements sont rédhibitoires (un million d’euros par station alors que le coût par borne de recharge rapide est de 10 000 à 20 000  € (110 000 bornes dans le monde).

La guerre batterie-hydrogène n’aura pas lieu

1) Certes l’hydrogène a la physique pour lui… (mais pas la chimie)

En densité massique d’énergie, l’hydrogène contient 40 kWh/kg alors qu’une batterie Li-ion atteint 200 Wh/kg.

En autonomie et poids, pour 500 km d’autonomie, il faut :

  • 5 kg d’H2 dans un réservoir de 125 l pesant 130 kg (+ 100 kg de PAC) ;
  • 500 kg de batteries (occupant la place de 5 personnes).

En temps de recharge :

  • H2 : plein en 5 minutes ;
  • Batterie : de 30 minutes (rapide) à 8-10 h.

2) Mais en rendement cumulé, la batterie (70%) est trois fois supérieure à la filière hydrogène, de l’électricité à la roue.

Avec la batterie, tout se passe à bord du véhicule (hors pertes en réseaux – rendement de 95%), la suite des opérations étant la charge (rendement de 99%), la transformation DC/AC en sortie de batterie (92%), l’onduleur (90%), le moteur (90%), soit un rendement global de l’ordre de 70% à 75%.

Avec l’hydrogène, la filière commence au sol. À partir d’un approvisionnement en électricité décarbonée, H2 est produit par électrolyse (rendement 70-80%), puis comprimé à 700 bars (85%), enfin transporté et livré (90%).

Une fois à bord, H2 est retransformé en électricité par la PAC (50-70%), elle-même redressée de DC en AC (92%), ondulée (90%) et motorisée (90%).

Le rendement global pour la filière hydrogène est donc de l’ordre de 20% à 33%.

L’alimentation directe par batterie a donc un rendement 2 à 3 fois supérieur à l’hydrogène + PAC, avec un avantage en « simplicité » qui se traduit drastiquement en coûts d’exploitation, de maintenance et d’investissement.

3) Les coûts kilométriques « à la pompe »

En 2019, l’hydrogène est commercialisé à 11-15 € le kg (33 kWh). À la pompe, l’électricité peut typiquement être facturée de l'ordre de 0,25 €/kWh sur une borne de recharge publique en France (différences de prix en fonction des réseaux de recharge), la recharge étant moins coûteuse à domicile. 

La voiture électrique à batterie consomme 15 à 20 kWh aux 100 km, soit 4 à 5 € / 100 km.

La voiture électrique à hydrogène consomme 1 kg H2 aux 100 km, soit 11 à 15 € / 100 km.

Il y a un rapport 3 en faveur de la batterie.

4) L’offre automobile

Au Salon de l’Auto de mars 2019, plus de 20 modèles de voitures électriques à batterie étaient proposés, dont 5 nouveaux avec des autonomies supérieures à 400 km pour des prix de l’ordre de 35 000 €. Dans le monde, les ventes sont en très forte croissance (+ 20 à 30%) et l’AIE prévoit, en 2030, environ 125 millions de VE, pour plus de 3 millions en 2018, soit 40 fois plus. Dans cette prévision, l’hydrogène n’est pas (encore ?) présent.

5) Le poids de l’innovation

La batterie Li-ion n’a cessé de progresser au service du véhicule électrique, en particulier en densité d’énergie, et le créneau de la supériorité en autonomie qui faisait l’attractivité initiale de l’hydrogène s’est progressivement rétréci. La progression vers le Li-ion à électrolyte solide en particulier, rendant possible des autonomies de 600 km, et des pleins en moins de 10 minutes, grâce à des accus au graphène, grignote actuellement les espoirs qu’avaient suscité les qualités exceptionnelles de l’hydrogène et, en ce qui concerne la mobilité routière pour le grand public, le KO est sans doute proche.

6) L’accès aux métaux rares

Dans la rivalité batterie-hydrogène pour l’alimentation embarquée des voitures électriques, les approvisionnements en lithium pour les batteries et en platine pour les piles à hydrogène sont encore perçus comme des paramètres critiques menaçant par leur rareté le développement de ces deux technologies.

Les batteries Li-ion commercialisées font en effet non seulement un large usage du lithium (3 à 5 kg par véhicule), mais aussi de cobalt, de nickel, de manganèse dans des substrats d’aluminium, de carbone et de cuivre pour la réalisation de leurs électrodes et de leurs structures.

Les perspectives d’une envolée (+ 30%) de la demande annuelle au-delà de la dizaine de millions de véhicules électriques à batteries en 2030 ont donc posé d’emblée le problème des ressources minérales disponibles, en particulier en lithium. Les réserves prouvées sont évaluées aujourd’hui entre 15 et 25 millions de tonnes, concentrées en Amérique Andine (Argentine, Chili, Bolivie, etc.) et en Chine. Mais, après l’habituelle  prophétie initiale des « pénuristes » d’un épuisement prochain de cette ressource, la recherche minière a commencé à en identifier de nouveaux gisements (Afghanistan, Algérie, Portugal, etc.) et en réévaluer les ressources à au moins 60 millions de tonnes. En y ajoutant le lithium récupérable par recyclage des batteries et la possibilité de lui substituer du sodium dans de nouveaux couples électrochimiques, on peut écarter pour la décennie à venir le risque d’une asphyxie de la croissance attendue par manque de ressources minérales, pour se concentrer sur les énormes besoins de financement qu’il va nécessiter.

Dans une pile à hydrogène embarquée sur un véhicule électrique, comme dans la quasi-totalité des piles à combustible (PAC), les réactions d’oxydoréduction aux électrodes et à la traversée des membranes sont catalysées par le platine, rare et coûteux, qui reste encore aujourd’hui la matière première critique quasi-unique des PAC. Les perspectives de l’hydrogène pour motoriser la voiture électrique n’ont pas encore justifié l’effort d’industrialisation des PAC pour en abaisser drastiquement les coûts et en particulier pour substituer au platine des catalyseurs beaucoup moins rares et précieux.

Dans le duel batterie-hydrogène, la dépendance au lithium est nettement moins handicapante que la catalyse par le platine.

7) La lourdeur des investissements

La transition énergétique va entraîner, pour la seule mobilité, des investissements gigantesques en technologies, infrastructures et équipements. Déjà, le montant des subventions accordées aux énergies décarbonées renouvelables, au soutien à l’habitat et aux transports se chiffrent annuellement par milliards d’euros) à l’échelle de la France, par dizaines de milliards d’euros en Chine et en Asie du Sud et proche de la centaine de milliard pour le monde.

Sur tous les postes de la mobilité routière, l’hydrogène est beaucoup plus cher que la batterie et constitue le plus souvent « un investissement déraisonnable ». En outre, la quasi-totalité de l’infrastructure électrique existe déjà contrairement à celle de l’hydrogène.

Conclusion

La bataille pour la mobilité autonome décarbonée paraît donc perdue pour l’hydrogène face à la batterie, sauf dans quelques niches exigeant à la fois de très grandes autonomies pour des véhicules très lourds.

Mais l’hydrogène possède des qualités physiques si exceptionnelles que sa progression ne saurait s’arrêter là. Elle reste d’abord un gaz industriel majeur dont la production par vaporeformage doit être relayée par l’électrolyse à haute température (ou la thermochimie), à partir d’une électricité décarbonée, nucléaire ou intermittente.

Elle doit aussi se développer comme solution de stockage de l’électricité « fatale » de ces intermittentes en plein développement. Elle est enfin un élément clé de la fermeture du cycle du CO2 par méthanation. Il est possible de faire reculer l’empoisonnement de l’atmosphère par le CO2 en le capturant systématiquement partout où l’humanité l’émet massivement aujourd’hui et en le retransformant en hydrocarbure liquide utilisable directement en énergie primaire.

Sources / Notes
  1. 28% en France.
  2. Ou liquéfié.
  3. Fuel Cell Electric Vehicle.
  4. 16 000 $ pour la Honda Clarity (130 kWh).

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Commentaire

Vincent

Quelques remarques :
- ce n'est pas le rendement mais le coût d'une technologie qui fera qu'elle fonctionne ou pas. Une centrale nucléaire ou un panneau solaire a un rendement de 20% (sans prendre en compte la perte liée au stockage pour ce dernier), un moteur thermique a un rendement de 30% grand maximum, auquel il faut rajouter le coût énergétique d'extraction et de raffinage du carburant mais toutes ces technologies ont finalement fonctionné car elles sont malgré tout rentables. Comparer le rendement de la filière hydrogène et de la filière batterie n'a donc pas lieu d'être, c'est uniquement le cout final (comme vous le faites par ailleurs) qui a du sens.
- en ce qui concerne la criticité des métaux : écarter la pénurie pour les 10 années à venir est clairement court-termiste. Il faut 25 ans entre la découverte d'un nouveau gisement et son exploitation (et cette valeur, c'est sans compter les réticences de plus en plus grandes de la population face aux activités minières). De plus, pour les batteries, la plus grande criticité n'est actuellement pas sur le lithium (même s'il y en a une) mais sur le cobalt. Voir par exemple l'excellent article sur la question dans la dernière revue de la SEE. La production de cobalt peut être boostée à environ 200 000 tonnes par an sur la prochaine décennie, auxquels s'ajoutent potentiellement 40000 tonnes annuelles venant du recyclage. Or le besoin en batterie lié à l'expansion prévue des batteries Li-ion amène le besoin à 400 000 tonnes par an, uniquement pour la mobilité (sachant que le besoin en cobalt hors mobilité est d'environ 90 000 tonnes par an actuellement et que ça va également augmenter avec l'expansion du numérique). Le modèle ne tient donc pas et il faudra développer d'autres modèles de batteries moins gourmandes en cobalt, voire exemptes de ce métal (10 ans pour faire ces développements semble très court...).
- en ce qui concerne le platine. Le besoin d'un véhicule hydrogène est du même ordre que celui d'un véhicule diesel (pour les pots catalytiques). Et ce dernier, même s'il est en baisse, aura quand même vécu de belles années. Le platine n'est donc pas un gros problème pour les véhicules H2, d'autant qu'il est facilement recyclable (en comparaison du lithium, par ex). Le problème de la pile à combustible n'est en réalité par le platine mais plutôt a priori la membrane, même si des recherches sont en cours pour diminuer son cout.
- en ce qui concerne la dangerosité, le stockage du H2 est maitrisé et les réservoirs sont conçus pour résister aux chocs (un réservoir 700bar est éprouvé à plus de 1500bar). En cas d'accident, le risque d'éclatement du réservoir est minime. En revanche, en cas d'accident avec véhicules à batterie, si celle ci est impactée, le risque d'incendie est réel (et non maitrisable). D'ailleurs pour l'anecdote, l'hydrogène est autorisé dans les sous marins depuis longtemps, pas les batteries Li-ion, en raison de contraintes de sûreté.

Affirmer que la guerre hydrogène batterie n'aura pas lieu est donc un petit peu rapide. D'ailleurs, il n'est pas question de guerre ici, mais de technologies complémentaires pour décarboner la mobilité avec chacune leurs avantages : les batteries pour la "petite" mobilité (jusqu'aux citadines en gros) et l'hydrogène pour la grosse mobilité (berlines et au delà) ou pour la petite mobilité nécessitant une autonomie améliorée.

William Rahain

tout à fait d'accord, je pense qu'il faut penser duo batterie/hydrogène plutôt que duel.

JACPOL

La recherche aboutira certainement à des résultats encourageants mais pourquoi ne pas, dès maintenant, prendre des mesures courageuses d'économie de carburants automobiles ?
Pourquoi continuer de construire des automobiles de plus en plus sophistiquées, d'une tonne et demi, capables de pointes de vitesse de 200 km/h, pour rouler sur des voies limitées entre 30 et 130 km/h (vitesse moyenne annuelle : 47 km/h), et transporter en moyenne 1,1 passager, sur une distance moyenne de 10 km !!
Nous pourrions parler également des transports en commun insuffisants et mal organisés. Combien de gros bus roulent à vide, ou presque pendant la journée, à la campagne ? De petits bus électriques, par exemple, seraient bien plus efficaces, à tous points de vue : pollution, encombrements dans les villages et sur les petites routes, bruit...

Vincent

Tout à fait d'accord avec vous. Le modèle de la voiture individuelle ne sera de toute façon jamais vertueux, électrique ou pas. Déplacer 80kg de "viande" avec une tonne de métal ou de plastique ne sera jamais un modèle viable, dans le sens transposable à toute l'humanité, du fait de l'épuisement des ressources. ça ne peut qu'être un luxe d'habitants de pays développés.
Il faut donc avant tout plus de sobriété, avec comme vous le dites des véhicules moins puissant et plus de véhicules collectifs. Et une distance de 10km est largement faisable à velo...

Marc Diedisheim

Bonjour Monsieur. A l"épuisement de quelles ressources faites-vous référence ? Merci.

Vincent

Bonjour,
C'est un constat global sur le fait qu'on ne résout pas les problèmes mais qu'on les déplace. La quantité de métal qu'il faut extraire du sol au cours des 20 prochaines années (en suivant les projections) pour réaliser la transition énergétique est équivalente à la quantité qui a déjà été extraite par l'être humain depuis le début de ses activités minières. Les modèles économiques de la transition énergétique ne prennent pas en compte l'épuisement des ressources, cas jusqu'à maintenant, les ressources n'ont pas été un problème. Sauf que les gisements rentables s'épuisent et il y a un problème de criticité qui est présent pour la majorité des métaux, en particulier des terres rares. Vous pouvez trouver quelques chiffres ici par exemple : https://www.vice.com/fr/article/a3mavb/nous-navons-pas-assez-de-metaux-…
Pour une explication plus détaillée, il y a également l'excellent livre de G.Pitron "la guerre des métaux rares" qui est très bien référencé.

Tout ça pour dire qu'améliorer le rendement, si ça n'est pas accompagné par plus de sobriété, ça ne sera jamais vertueux. L'arrivée d'internet et du mail électronique ne s'est pas traduite par une réduction des émissions de GES, bien au contraire, puisque l'amélioration d'efficacité a été plus que contrebalancé par l'explosion de la quantité d'information qui circule ; l'amélioration du rendement des moteurs thermiques ne se traduit pas par une diminution de leurs émissions, car ce rendement est pourri par l'augmentation du poids des véhicules, de leur puissance et par la multiplicité des gadgets électroniques qui ont un cout environnemental de fabrication terrible ; la dématérialisation du tout numérique, de l'IA, se veut efficiente, sauf que les projections montrent que le numérique à lui tout seul absorberait toute l'énergie produite dans le monde en 2040, en oubliant donc tout les autres sources de consommation ; etc...
Tous ces modèles de transition ne convergent pas, tout simplement parce qu'on oublie qu'on n'a pas les ressources pour les rendre réalisables. L'avenir sera sobre ou ne sera pas.

Hervé

Bonjour,
Juste un petit bémol: le rendement a une importance quand l’énergie brute est chère. Les heureux propriétaires de voitures américaines qui font du 20l/100km sont assez rares en europe.
Avec un rendement trois fois moindre, vous perdez le coté économique de la voiture électrique. Donc sur le principe l'auteur a raison. A moins d'une amélioration conséquente des performances, cette technologie semble morte pour cet usage.

Vincent

Bonjour,
Si l'énergie brute est chère, l'hydrogène sera cher. Oui bien sur et on en revient à l'argument économique, là encore ça n'est pas intrinsèquement le rendement qui pose problème. Tout dépend de la taille de l'électrolyseur et de la répartition entre CAPEX, OPEX et conso énergétique. De plus, avec le développement des ENR, la cumul d'heures pendant lesquelles l'électricité a un cout marginal augmente d'années en années. L'idée ici n'est bien sur pas de produire l'hydrogène pendant les 10 ou 20% d'heures les plus chères, mais pendant le temps restant (en France, 10% de l'électricité produite n'est pas valorisée actuellement, faute de moyen de la stocker ou de l'exporter, alors qu'on a un réseau avec peu d'ENR actuellement, donc avec une bonne flexibilité).

rochain

Je pense que la complémentarité dont M. Vincent nous fait part est un leurre, elle ne se situe pas dans le domaine du transport mais éventuellement sur le plan du stockage de l'énergie. L'hydrogène est une solution qui semble raisonnable…. à long terme. Mais les batteries des futur millions de VE également, notamment dans le cadre du V2G, mais sous certaines conditions (autoconsommation et chargement des batteries non pas comme aujourd'hui de nuit à un tarif favorable faute d'avoir un autre débouché pour l'électricité nucléaire produite de nuit en dehors de la période diurne de l'activité économique, mais en pleine journée, au Soleil sous les ombrières de parking où dorment ces millions de véhicules qui ont servis uniquement à gagner son lieu de travail).

Parler d'hydrogène pour les longues distances c'est renouveler l'erreur des VT avec d'énormes réservoirs pour faire près de mille m d'une seule traite, ce qui était déjà une aberration. Une autonomie de l'ordre de 400 km qui est déjà acquises avec les batteries est suffisante et bien plus judicieuse que de promener des masses donnant des autonomies du double. Pour le reste je pense que l'article est très objectif et corrobore celui que j'ai publié ici :
https://www.sidpe.fr/wp-content/uploads/2019/04/Lélectromobilité-et-son…
Serge Rochain

Gérard grunblatt

"Alors pour stocker à bord d’un véhicule l’équivalent énergétique en hydrogène d’un réservoir d’essence courant de 40 litres, pesant 40 kg, il faut un véhicule presque 10 fois plus gros et 6 fois plus lourd, résistant à une pression interne de 700 bars (matériaux composites"
Je pense qu'il faut lire ", il faut un reservoir presque 10 fois plus gros et 6..."

Gérard grunblatt

"les protons H+, eux, traversent une membrane sélective ultra-fine et viennent se recombiner avec l’air injecter" : injecté et non injecter

Gérard grunblatt

"le coût par borne de recharge rapide est de 10 000 à 20 000 €" : ce coût paraît très faible si on tient compte des aménagements du réseau électrique pour amener la puissance électriques à cette borne.
Une explication serait souhaitable

Hervé

Il y a une nuance entre la borne de charge rapide qui elle va couter trés cher (reseau ou batterie tapon) et la borne de recharge lente qui se résume à une prise de courant à laquelle il faudra adjoindre un moyen de communication pour la gestion smartgrid du système.
Bien sur la mise en place de bornes en ville a chaque place de Pkg coutera plus cher que la prise posée chaez le particulier.

Bien voir qu'un VE consomme 18Kwh au 100 Km soit environ pour une distance moyenne journalière de 33Km l’équivalent de 6kwh par jour. En gros c'est la conso d'un chauffe eau. 3h x 2Kw. La consommation des VE n'est donc pas un gros problème pour le réseau si elle est placée eu bon moment. Commandé lors des heures creuses, il faudra un sacré parc automobile pour commencer a avoir besoin de renforcer les réseaux. On aura qq difficultés les jours de pointe hivernale mais le reste du temps, pas de gros soucis.

Les bornes de recharge rapides devront souvent être adossées a une batterie tampon et donc leur cout sera élevé, le pris de la recharge aussi et par conséquent leur usage sera plus rare, seulement pour les longs parcours.

RV

La conclusion de Mr F Chabannes est peu claire. Il démontre que l’hydrogène n'as pas d'avenir avec des chiffres qui semblent sortir d'un chapeau.
J'espère que ce monsieur n'influence pas le gouvernement. Mais ça pourrait être le cas, puisqu'en France nous n'investissons pratiquement pas dans ce domaine.

dupont

Ben je développe une batterie a azote liquide recharge en quelques minutes. Donc pas besoin d'énormes batterie au lithium sur les voitures électrique, ma batterie a bord du véhicule les recharges en continue, un peu comme le ferait une pile a combustible.

Alain CAPITAINE

Bonjour Mr Dupont

Ou puis je avoir le diagramme thermodynamique de votre invention cela aiderait bien la compréhension de l’invention Merci par avance

Alain CAPITAINE

2ème question, l'eau entrant dans la chambre du détendeur doit être pressurisée à au moins 300 b pour entrer dans la chambre vous ne faites pas figurer le compresseur de l'eau.

Julien G.

Une batterie de Tesla consomme 63kg de lithium.

Bertrand Chauvet

Un article à charge anti-H2 truffé d'erreurs. Je n'en relèverai que quelques unes, mais ça fait déjà beaucoup :
Tout d'abord, l'auteur se trompe complètement sur les durées de vie des PAC, il raisonne avec des données anciennes, largement dépassées depuis.
Premièrement, 5000 heures correspondent en théorie à 300 000 km (vitesse moyenne en Europe = 60 km/H). Deuxièmement, toutes les piles récentes sont à plus de 10 000 heures.
Ensuite, il croit que le coût des PAC est lié au platine, ce qui est complètement faux (en quantité de platine, il y a aujourd’hui dans une PAC l’équivalent de 3 pots catalytiques diesels). Le seul problème des PAC est un problème de massification de la production, qui, selon tous les constructeurs automobiles, aussi bien que le DoE et autres, doit chuter de 70% lorsqu’on sera en production de séries industrielles, amenant le FCEV à terme moins cher que les véhicules diesels et batteries.
On sent le gros biais aussi dans son assertion « explosif dans l’air » (Fukushima). L’hydrogène n’est absolument pas explosif dans l’air sauf à ce que cet air soit totalement confiné et que la quantité d'hydrogène atteigne le seuil fatidique (ce qui n'arrive pas dans l'air précisément du fait de sa capacité de dispersion, échappant à l'attraction terrestre à plus de 70 km/h). Le Fukushima est l'exemple type de ce qui ne doit pas se produire dans la nature. Un réacteur noyé d’eau de mer, produisant ainsi des énormes quantités de H2, concentré dans une tour de béton hermétique. Le genre de condition qui n’arrive pas « dans l’air ».
Parler de niveau de développement de prototype pour une Mirai ou une Nexo, on voit que le Monsieur n’a jamais mis les pieds dans une FCEV. Je lui recommande d'aller prendre un taxi Hype, pour voir.
L'auteur parle de 6000 voitures en circulation dans le monde (données de fin 2017), et alors que la production de 30 000 véhicules/an chez Toyota aussi bien que Hyundai ne sera opérationnelle qu’en 2020. Je pourrais lui rappeler qu’en 2012, il ne s’était vendu que 5000 véhicules à batteries en Europe.
Et évidemment, la plus grosse erreur, le plus gros biais, c’est dans le coût des infrastructures de recharge. 1 million d’euros sur une station H2 pour recharger des dizaines de véhicules/jour sur une empreinte foncière limitée = combien de bornes de recharge à quelle puissance (à ce prix là, moins de 7 kVA) avec quelle empreinte foncière pour recharger autant de véhicules que la station H2 ??? LOL. Pour comparer des pommes et des bananes, il faut ramener au dénominateur commun, c'est à dire au coût particulier km rechargé. Là, on s'apperçoit que l'infra de recharge H2 coût 3,5 fois moins cher en Capex que l'infra recharge batteries. Le bilan se ré-équilibre entre les deux du fait d'Opex supérieurs pour H2. Mais à la fin, comme l'a démontré l'étude EY/Michelin pour 24 banques en 2017, l'infra H2 peut générer un ROI de 10%, quand l'infra batterie ne gagnera jamais d'argent. Donc, l'auteur nous recommande une solution qui au final sera payée par le contribuable.
Continuons : comparer aujourd'hui l’offre automobile BEV avec FCEV, c’est la même chose que comparer l’offre de mobiles Nokia, Motorola, Alcatel et Ericsson au milieu des années 90 avec le 1er smartphone de l’époque, l’iPhone 3. On voit qui a gagné à la fin, quand tout le monde se gaussait d’Apple. Les batteries modernes ont bénéficier de dizaines de milliards d'investissements depuis plus de 30 ans, les PAC, on commence à peine.
Le paragraphe sur l’accès des métaux rares est une plaisanterie. Et de l’incompétence, parce qu’on ne sait pas recycler du lithium pour refaire des batteries, à un coût acceptable. Selon le leader mondial du sujet, Solvicore, la seule que l’on peut faire du mix recyclé est de l’utiliser pour faire des panneaux de fibro-ciments.
Le paragraphe sur la lourdeur des investissements est tout aussi spécieux, puisque toutes les études sérieuses ont démontré que le coût du déploiement des infra H2 et Batteries est équivalent (environ 2 K€ par véhicule).
Après, il faudra expliquer à l'auteur que les Chinois sont en train d’arrêter de subventionner les BEV et focalisent maintenant leurs investissements et subventions sur H2. Mais ce monsieur est sûrement plus intelligent que les Chinois...

Hervé

Bonjour Mr Chauvet

Je pense que le risque H2 est surtout lié a une fuite importante dans un local confiné. Il me semble que L'H2 explose pour de larges différences de concentrations. Toutefois la mise en place de systèmes de ventilation adéquats devraient liquider ce problème. ça n'est pas forcement le facteur limitant.

Qu'en est il des informations sur le rendement Prise - roue car aujourd’hui c'est pour moi le principal problème.

Bertrand Chauvet

La question du rendement est un faux problème. Parce que le rendement n'est pas le facteur clef de succès d'une solution énergétique. Sinon, nous n'aurions ni pétrole, ni centrale nucléaire, ni PV etc. Le rendement est seulement un facteur d'amélioration du modèle économique. Vouloir tout ramener au rendement est une vue en silos d'ingénieur, qui ne comprend pas le système énergétique global. Les scénarii développés actuellement par l'Europe dans la stratégie Decarbonizing Roadmap 2050 (un pavé de 400 pages qui évalue les différentes manières d'attendre l'objectif 1,5°C) font TOUS appel à l'hydrogène, parce que sans H2, AUCUN scenario ne permet d'atteindre les objectifs. Il se trouve que H2 est le meilleur vecteur de flexibilité et d'intégration sectorielle entre les ENR et le monde du gaz, qui seul permettra d'assurer la tenue de fréquence du réseau électrique quand le taux d'ENR en Europe sera suffisamment élevé (intermittence). Même RTE et EDF le savent, et l'intègrent dans leurs modèles. Et que se passera-t-il quand nous auront des millions de tonnes de H2 vert disponible ? On aura une énergie propre, 2 fois moins cher que le diesel, stockable sur de longues durées, pour recharger tous nos véhicules électrique en 5 mn. Alors que les batteries posent au contraire un énorme problème de charge du grid existant. Les estimations effectuées par l'Agence Européenne de l'Environnement en 2017 posent qu'il faudra ajouter 150 GW de puissance de production supplémentaire pour atteindre un objectif de 50% de véhicule à batteries en 2050. 10 centrales nucléaires de plus... parce que les gens ne se rechargeront pas tous la nuit à la maison, c'est juste impossible, parce que la majorité de la population vit en zone urbaine sans possibilité de recharger chez eux. Il faut absolument arrêter de fantasmer sur l'idée que la batterie est la seule solution pour convertir tout notre parc de véhicules, c'est un fantasme total, et une escroquerie intellectuelle à laquelle les constructeurs automobiles ne croient même pas (mais Mr Chabannes si, parce qu'il ne pense pas de manière holistique, il pense comme un ingénieur et il fait des erreurs de calcul faut de données correctes). Tous les ans, KPMG interroge 1000 responsables automobiles sur plus de 50 pays, sur tous les sujets de l'avenir de l'automobile. La dernière édition de janvier 2019 : 75% des responsables de l'industrie automobile pense que la batterie faillira et que seul l'hydrogène est une solution viable de long terme. Ne croyez pas en la communication des constructeurs allemands qui veulent s'acheter une virginité de court terme après le diselgate en disant qu'ils ont la solution miracle avec la batterie. C'est purement tactique pour la décennie en cours.

Hervé

Effectivement, la conversion des surplus vers hydrogène parait être une piste intéressante.
Néanmoins il y a quand même une logique économique qui fait que à moment donné qq doit payer. Si on doit brader les surplus, ça signifie que le "non surplus" doit être vendu plus cher. Or à ce jour, sans même parler de la nécessite de stockage des surplus, le cout moyen des ENR a du mal a être placé et n'a pas besoin de cette hausse.

Comprendre que 3MWH de surplus acheté @40€ et stocké avec n=0.33 signifie 1 Mwh restitué @ 120€. (Et 2MWH se sont volatilisés). La surconsommation du surplus lié au piètre rendement va produire une forte demande qui limitera la baisse des cours de l’énergie. Donc le rendement reste un problème de taille dans la concurrence avec les batteries.

D'autre part, les batteries n'ont probablement pas encore atteint l'apogée de leur performances.

Dans ces conditions, il est difficile de savoir ce que demain sera fait mais pour le moment il me semble que l'auteur a raison.

Bertrand Chauvet

La question est de savoir ce que vaut un potentiel d'ENR quand le réseau n'en a pas besoin. Réponse = 0. Il n'est pas produit, ou délesté, il ne vaut rien. S'il ne trouve pas d'acquéreur sur le marché, il ne vaut rien. Donc, vous êtes en train de me parler d'un rendement virtuel sur une production virtuelle qui n'a pas de client. Ça n'a en réalité aucun sens. Et du coup, même un rendement ridicule, disons de 10%, sur un potentiel inexploité, ça vaut beaucoup d'argent. C'est aussi bête que ça. Or, si vous faites de l'électrolyse de l'eau, vous changez de vecteur, votre marché de destination n'est plus le Spot EPEX, c'est à dire un marché de MWh électrique, mais un marché de l'énergie, qui peut être celui du gaz (injection réseau pour le verdir), celui de la méthanation (H2 + capture de CO2 = Syngaz), ou de la pile à combustible, donc un marché de compétition avec un prix de l'énergie fossile. Quand vous comprenez ça, vous pouvez remarquer alors qu'en 2017, plus de 5000 heures par an d'électricité peuvent être achetées en-dessous de 50€/MWh pour faire de l'électrolyse à l'échelle industrielle et produire un hydrogène vert compétitif avec le diesel. En clair, un producteur d'ENR qui tombe hors des tarifs de rachats subventionnés se rend compte qu'il a plus intérêt à faire de l'hydrogène qu'à vendre de l'électricité sur le marché.... alors que le rendement est moindre. Et c'est pour cela que l'on est en train e voir émerger des projets de centaines de MW d'électrolyse en Europe du Nord sur des grands parcs éoliens. Vous comprenez à comprendre pourquoi votre raisonnement du rendement n'a aucun intérêt dans un système énergétique global ?

Hervé

Si le PV ou l’éolien se vends au prix marché et que le reste non vendable est perdu, OUI vous avez raison, c'est toujours mieux d'en faire de l’hydrogène.

Mais si le seuil de rentabilité de l'installation est par ex. à 40€ du Mwh, il faut que la moyenne vente réseau + vente d’hydrogène rapporte au moins ça (rentabilisation des électrolyseurs inclus) sinon c'est la faillite. Donc si la production d’hydrogène est très en dessous ( déficitaire) car mauvais rendement , elle ne sera en aucun cas un débouché entrainant une augmentation importante de la taille des parcs éolien ou PV et par conséquent sa disponibilité sera limitée à la conversion des seuls invendus, le rendement ayant un alors un impact direct sur la quantité d’hydrogène de ce type disponible sur le marché . Pour moi, dans tous les cas le rendement a son importance.

En tout cas, effectivement, j'ai fait quelques calculs d'ordre de grandeur, pour une application de type motricité, avec 33% de rendement de la filière H2 et le cout de l’électricité @ 50€ du Mwh, on arriverais à une compétitivité avec le gasoil HT pour un baril 80$ et rendement moteur moyen 25% , reste à voir les couts de conversion, stockage, commercialisation et de distribution. Je doute que ce soit compétitif tout cela intégré, mais intéressant, à suivre...

Bertrand Chauvet

Il se trouve que c'est mon métier et que je fais des modélisations économiques sur certains très gros projets d'électrolyse H2. Ça fonctionne très bien avec TURPE pour un acheteur intelligent d'électricité. Ça fonctionne encore mieux avec exonérations partielles de TURPE (le TURPE peut représenter de 30 à 60% du coût de production de l'hydrogène). Or, au-delà de 10 MW, vous commencez à entrer dans un monde technique et réglementaire différent, celui de l'électro-intensivité. Au-delà de 40 MW (là où ENEDIS ne fait plus, c'est RTE direct), on entre dans le domaine de la production industrielle. Et on sait mettre de l'hydrogène vert sur le marché moins cher que le diesel.

Hervé

Bonjour,
Oui j'avais cru comprendre que le turpe nuisait au stockage, je ne sais pas ou ça en est sur ce plan. Ils devaient améliorer.
Un stockage à forte capacité, bon marché et avec un bon rendement permettrait de stabiliser le cours du MWH et d'y voir plus clair pour y intégrer les diverses productions pas forcement synchronisées au besoin. L’hydrogène pourrait être éligible a l’inter saisonnier.

Y a t il d'autres pistes que l’hydrogène, comme le méthanol, il me semble que les PAC fonctionnent au méthanol, et ce dernier est bien plus simple a stocker ou distribuer, , enfin à mon avis,...

Bertrand Chauvet

Utiliser des électrons verts, pour faire de l'hydrogène vert, ça fait sens pour le système énergétique global, et ça fait du zéro émission. Si on rajoute du CO et un catalyseur pour faire du méthanol qui émettra du CO2 au final, c'est, comment dirais-je...... pas du tout, du tout, l'objectif. Ni d'un point de vue environnemental, ni d'un point de vue économique.

Alain Capitaine

Monsieur Chauvet

La réglementation et la tarification de l'électricité va vite évoluer , on ne peut pas argumenter que l'H2 c'est pas cher en amortissant sa production avec de l'électricité à un coût marginal proche de 0 car dans ce cas là on va pénaliser une autre industrie . Le coût marginal à 0 vit ses dernières années.

Bertrand Chauvet

Cher Monsieur, ce n'est pas une question de réglementation du tarif de l'électricité puisque tout cela se passe sur le marché Spot EPEX. La réalité économique n'a rien à voir avec des questions de pénalisation supposée d'une autre économie, la question est beaucoup plus prosaïque : en dehors des tarifs de rachats, qui vont bientôt totalement disparaitre, que ce passe-t-il si j'ai de l'électricité à produire parce que j'ai du vent ou du soleil, mais pas de demande de consommation ? Les anglais, après les allemands, viennent de le découvrir, avec leur premier prix négatifs sur le marché, il y a 15 jours.

alaina capitaine

Monsieur Chauvet.
Cet effet désagréable de prix "négatif " sera progressivement gommé avec l'arrivée du stockage de masse chimique et electrique dans l'avancement de la pénétration des ENR. Il faut une cohérence qui n'existe pas encore dans les mix.

Bertrand Chauvet

Et la plus grande capacité de stockage massif de l'électricité est justement l'hydrogène, et pas du tout le stockage chimique et électrique, comme l'ont démontré de nombreuses études depuis plusieurs années, à commencer en France celle de l'Ademe, GRDF et GRTGas (étude eCube, 2014), puis RTE, et aussi Engie et EDF. Des batteries et des volants d'inertie pour les profils excédents de courte durée et forte puissance, des STEP et des électrolyseurs pour tout le reste, soit entre 21 et 75 TWh par an selon les scénarios pour l'hydrogène.

Alain Capitaine

Monsieur Chauvet sous le vocable chimique je pense évidemment à l'hydrogène pour en effet de l'ordre de 60 TWh en 2050 avec l'injection d'H2 dans les réseaux gaz, de la mobilité lourde et aussi la production d'engrais . Mais le plus grand stockage déstoskage sera de loin les batteries, entre le V2G et le stationnaire, elles représenteront ensemble une capacité de 1,5 TWhé d'électricité qu'on pourra cycler toute l'année correspondant à environ 200 TWhé qui passeront un moment dans une batterie. Mais tout cela ne nous exonérera pas d'une optimisation entre moyens de production et les utilisations.

Bertrand Chauvet

Meilleure compréhension mutuelle en précisant :-)
Cependant, je ne partage pas votre optimisme sur le V2G, pour des tas de raisons, je n'y crois absolument pas (ni mes camarades consultants spécialistes du grid). Le V2G, ça veut dire d'une part obtenir des possesseurs de VE d'immobiliser leurs véhicules en réduisant la durée de vie de leurs batteries (augmentation des charges/décharges), et donc il faut que ce soit un service très bien rémunéré, ce qui est très loin d'être économiquement viable. D'autre part, cela requiert le déploiement de technologies smartgrid très coûteuses et qui sont loin d'être opérationnelles. Enfin, cela oublie qu'une petite fraction seulement de la population dispose d'un garage accessible qui puisse être équipé en Wallbox, ce qui veut dire qu'en réalité, ce n'est pas un marché de masse. Ce n'est pas dans les zones urbaines denses qu'on va faire du V2G...

Alain Capitaine

Quand une technologie émerge toutes les opinions sont dans la nature, entre c'est pas possible où cela ne marchera jamais, ces positions ont toujours été vues dans la cadre des technologie émergentes. Le smartgrid va se développer sous l'effet de masse et de service rendu. Nous sommes aujourd'hui dans ce créneau technologie du temps de ''22 à Asnière'' les moins jeunes comprendront. Les constructeurs de batteries pour les véhicules disent ; que les prix du stockage stationnaire, beaucoup moins contraint que les batteries dans les véhicules, vont converger entre les batteries de 2eme vie des VE et le stockage stationnaire dédié.
La structure des industriels produisant de l'électricité va aussi beaucoup évoluer ce qui fait que les business modèles vont aussi considérablement évoluer. Je ne dénigre pas vos consultants spécialistes du grid, mais attention au évolutions qui peuvent aussi être des ruptures.

Bertrand Chauvet

J'ai une petite spécialité technologies de ruptures :-) J'ai commencé dans le Minitel dans les années 80, puis les réseaux intelligents pour les télécoms, puis l'infrastructure téléphonie sur IP (softswitchs) qui pilote toutes vos Livebox (on avait 6 millions d'utilisateurs pilotés quand j'ai quitté ça en 2006), puis les réseaux UMTS / 4G... Ce qui fait que j'ai une connaissance particulièrement acérée dans le domaine des réseaux intelligents, et que je vois à quel point les énergéticiens sous-estiment la difficulté, chacun travaillant dans son coin à réinventer la poudre, alors que dans le monde des télécoms, une industrie entière c'était rassemblée et avait normé (ETSI), pendant plus de 30 ans, en dépensant des dizaines de milliards pour y arriver. Quand à l'un des mes associés, récent retraité Directeur Scientifique du Groupe Engie et maintenant consultant, c'est une sommité dans le domaine des réseaux électriques et gaziers. Alors on a quelques arguments quand on étudie ces sujets :-)

Alain Capitaine

Bonjour Monsieur Chauvet

J'espère en effet que vous avez quelques arguments comme moi je peux en avoir. Je connais moins bien le monde des communications que je connais le monde de l'Energie. Notre but n'est pas de refaire ce qui a été fait et si des solutions existent sur étagère prenons les. Dans la transition énergétique, mettre en relation quelques millions d'objets connecter (des VE ou des batteries stationnaires) sur IP ou équivalent, voir les travaux de la R&D d'EDF sur les réseaux ainsi que l'expérience Linky qui constitue un test grandeur nature pour plus de 20 millions de foyers. Quant à la technologie V2G presque tous les industriels de l'automobile travaillent sur le sujet et EDF à un embryon d'accord avec TESLA (c'est plus de la faisabilité).

Comme notre sujet initial était l'H2 votre ami gazier doit très bien connaitre le sujet, je dirai même que dans les années 60 les réseaux des villes c'était CO plus H2, donc là pas grand chose de nouveau. Par contre, ce qui est nouveau c'est l'utilisation de l'H2 pour la mobilité légère voire lourde. C'est une compétition entre la batterie et la pile à combustible que le meilleur gagne même si la batterie à beaucoup d'avance et que son rôle dans les réseaux peut devenir primordiale.

Bertrand Chauvet

Pour Linky, de mon point de vue c'est le parfait contre-exemple... Ou l'exemple de ce qu'il ne fallait pas faire. Un équipement half-duplex, qui se connecte sporadiquement, avec la bande passante d'un Minitel à l'ère des iPhones plus puissants que l'informatique départementale des années 80. Aucune gestion de login. Aucune logique centralisée "identification user / types de services à valeur ajoutée associés", etc etc. C'est tout sauf du réseau intelligent et du service à valeur ajoutée côté utilisateur. C'est juste de la collecte facilitée de consommation pour l'opérateur. Ce qu'il fallait faire, et que JL Dormoy lorsqu'il était responsable SmartGrid EDF avant de se faire virer pour hérésie avait proposé, c'était un deal entre énergéticiens et opérateurs de télécoms pour tout faire passer par les box internet. Là, on bénéficiait instantanément de la richesse de vrais réseaux intelligents, on basculait dans le 22ème siècle, et ça coûtait 100 fois moins cher. Une hérésie donc, du point de vue des énergéticiens.
Pour ce qui est de la compétition H2 / batterie, elle est réelle sur le segment VP et VUL, mais il n'y a pas photo sur les véhicules lourds pour des raisons de densité énergétique et de poids. Par contre, sur ce segment, il y a compétition entre H2 et GNV ou bio gaz.

Alain Capitaine

Je laisse les experts des réseaux informatiques se chamailler sur la meilleure solution, je n'ai aucune plus value sur ces sujets là dessus j'écoute mes amis de Renault et de la R&D concernant le V2G.

Pour la compétition H2 versus électricité pour les VP et les VUP pour moi l'affaire est entendu surtout si on considère la techno V2G qui sera très utile aux réseaux électriques. Pour le GNV et biogaz je ne sais pas si le stock de végétaux à méthanisé sera suffisant pour les transports lourds longues distances. Pour les transports lourds urbains, bus ,collecte des déchets, une batterie de 100 kWh (celle de la Tesla ) doit être suffisant sachant qu'il est toujours possible en fin de ligne de refaire un complément de charge électrique dans la journée et la batterie d'une Tesla c'est 500 kg et bientôt moins.

Bertrand Chauvet

L'affaire ne peut être entendue car en aucune manière il n'est possible d'envisager un verdissement total des véhicules en circulation dans le monde avec la seule solution électrique batterie, et qu'il s'agisse de petits ou de gros véhicules. C'est d'ailleurs ce que pense la très grande majorité des professionnels de l'industrie automobile, comme mesuré tous les ans par l'étude mondiale de KPMG 'Global Automotive Survey" auprès de 1000 décideurs de cette industrie dans plus de 52 pays. Pour la troisième année consécutive, ce panel dit à 54% que la batterie est une solution transitoire de court terme et échouera, et les 3/4 disent que c'est l'hydrogène la solution. Que Renault prétende publiquement que tout va bien dans le meilleur des mondes avec la batterie est tout à fait normal vu les investissement engagés de leur côté.
https://assets.kpmg.com/content/dam/kpmg/nl/pdf/2018/sector/automotive/…
Je peux aussi vous engager à suivre les développements dans le domaine des bus, auprès d'agglomération qui ont choisi l'hydrogène plutôt que la batterie, pour des raisons tout à fait objectives d'incapacité à remplir le cahier des charges par la solution batterie. Petit exemple avec Pau, que je connais bien pour avoir été AMO de ce projet. https://www.rtbf.be/info/economie/detail_van-hool-presente-le-tram-bus-… À avoir aussi Artois Gohelle (Lens Béthune etc), Versailles Grand Parc, et une bone quinzaine d'autres villes qui sont en train de monter leur projet Bus et BOM H2. Un millier de bus H2 sont aujourd'hui visés pour la France. En Europe du Nord, l'Europe cofinance le déploiement de 600 bus H2 au Danemark, Norvège et UK. Je pourrais multiplier les exemples dans tous les sens. En Occitanie, la Région vient d'annonce un plan de 150 M€ pour l'hydrogène avec un gros focus sur les véhicules lourds. AURA c'est 70M€. Etc etc. La réalité est tout simplement que batteries et hydrogène vont coexister, car la batterie est totalement incapable à elle seule de résoudre l'équation.

Alain Capitaine

Monsieur Chauvet

Je suis probablement de l'avis des 46 autres % . S'illusionner sur le monde de l'hydrogène paré de toutes les vertus, c'est ignorer ou feindre de le faire que de stocker 6 ou 7 kg d'H2 dans un garage clos c'est faire fi de ce que tout le monde sait dans l'industrie de l'hydrogène producteur et opérateur c'est de travailler à l'air libre. Mes contacts avec les constructeurs d'électrolyseurs montrent aussi que l'intermittence des ENR serait un point dur pour la durée de vie des électrolyseurs et donc facteur de coût supplémentaire, ce point est rarement souligné, plutôt on évoque que le coût ''faible'' des ENR en marginal.

Si je vous accorde qu'une partie de la mobilité, justement pour les transports lourds (camions., bus, voire trains) qui sont stockés en extérieur, sera probablement et partiellement à l'H2 pour les VP et les VUL ils seront, quoi qu'en pensent vos amis de KPMG très majoritairement électrique ( mais là nous entrons dans la guerre des communiqués et des annonces, mais il est vrai que c'est un marché de plusieurs milliers de milliards de $ ou € ou Yuans). L'AIE à d'autres projections que KPMG et les constructeurs impliqués dans le monde de la batterie, qui sont aussi des gens sérieux, voient les choses bien différemment.

Je vous ai dit aussi que la batterie sera un élément important du réseau de demain, cet élément participera au développement des ENR, il n'y a pas , ou a quel coût, de bijection directe entre , électricité stockage H2 et retour électricité, cette situation est totalement différente pour la batterie comme vous le savez

Enfin, que les villes et leurs maires cherchent une caution verte avec l'H2 je n'en doute pas, pour l’anecdote, je rappellerai le développement à grand frais d'un vélo à l'hydrogène financé par la région (Rhône Alpes Auvergne) le ridicule ne tue plus décidément.

Bertrand Chauvet

Cher Monsieur Capitaine,
Tous les pompiers des SDIS formés à ces sujets par l'ENSOSP savent qu'un feu de batteries Li-Ion est bien pire qu'un feu d'hydrogène, que l'on arrête en 3 minutes à 2 pompiers + 1 à la caméra thermique (je l'ai vu faire par le SDIS 50 à Cherbourg), quand la dernière Tesla qui a brûlé sur un autoroute en Autriche a mobilisé 35 pompiers et 2 camions pendant 5 heures. Si un poids-lourd écrase une FCEV, le seul élément qui restera intact sera justement le réservoir d'hydrogène, avec ses 5 cm d'épaisseur de carbone qui résiste à 2100 bars de pression pour passer son homologation européenne EC79. quant au feu H2 lui-même, c'est le seul qui ne brûle personne à distance par qu'il ne rayonne pas, contrairement aux autres. C'est de plus un feu vertical (la molécule échappe à l'attraction terrestre à 70 km/h) qui ne consume pas le véhicule. À comparer avec ne torchère transversale de 20 m sur une soupape de gaz naturel... La contamination des véhicules par le feu de pétrole dans un accident autoroutier, là aussi, c'est pas de la tarte et c'est ce que les pompiers considèrent de plus dangereux... Bref, toute énergie est dangereuse par nature, mais vous devriez réviser vos connaissances sur l'hydrogène, parce qu'en la matière, la mythologie de sa dangerosité est assez incroyable. Je vous conseille à ce titre une somme d'expert d'une publication que j'ai eu le plaisir de coordonner pour l'Ademe en 2015 http://www.ademe.fr/guide-dinformation-securite-vehicules-a-hydrogene-s…
Pour ce qui est de KPMG, je pense que vous n'avez pas bien lu : KPMG ne pense rien de particulier, ils n'expriment pas leur avis dans ce document que je vous ai référencé : il s'agit de l'avis des professionnels dirigeants de l'industrie auto, pas de KPMG. Ils voient donc les choses bien différemment de ce que vous croyez. Quand à l'AIE, pour bien connaitre les gens qui sont dans le groupe de travail qui intègre maintenant l'hydrogène (Paul Luchese du CEA en particulier), je sais avec quel décalage et inertie ils prennent en compte les évolutions technologiques.
Pour l'anecdote AURA, elle est de l'ordre de la rumeur infondée puisque AURA n'a jamais financé à grand frais un vélo à hydrogène. Celui-ci a été développé par une société de Biarritz, qui s'appelle Pragma, sur ses fonds propres, et aussi après avoir levé plus d'un million d'euros en participatif sur internet, et rencontre un succès européen qui tend à prouver qu'il y a des besoins pour un VAE capable de faire plus de 120 km avec une recharge en 30 secondes.
Voyez-vous, les gens qui connaissant bien l'hydrogène savent que batteries et hydrogène sont complémentaires et vont coexister. Les gens qui ne connaissent pas l'hydrogène et croient que les batteries sont miraculeuses, ont le dont d'ubiquité et sauront tout faire sont par contre nombreux, mais leur nombre diminue régulièrement au fur et à mesure de leur prise de conscience du monde réel, c'est à dire à la fois celui du système énergétique global, et de l'appétence des vrais clients, qui eux ne gobent pas facilement les fausses promesses des vendeurs de VE batteries.

Alain Capitaine

Monsieur Chauvet

Je connais l'H2 mais surement moins bien que vous. J'ai d'ailleurs produit une étude pour Paul Luchese sur le couplage d'un réacteur VHTR avec des électrolyseurs haute température, d'ailleurs si vous voyez Paul dites lui bonjour de ma part. Je vois aussi que la guerre des communiqués est ouverte entre le pire ou le pire mais c'est de bonne guerre. Sérieusement aujourd'hui comme vous le savez on produit 60 MT/an d'H2 sans accident notable donc les techno de production, stockage, transport, sont maitrisés. Par contre, Un système H2 confiné dans l'industrie cela n'existe pas, tout ce qui est stockage d'H2 est à l'extérieur. Sinon cela peut donner des explosions de type Fukushima. Mettre un véhicule à hydrogène dans un local clos ne me parait pas très raisonnable, dans un système H2 il n'y a pas que le réservoir, il y a tout le reste. Une petite fuite dans un lieu clos peut être dramatique car là on risque la détonation.

Par ailleurs, si on compare les ventes entre vélo électrique et vélo à H2 nous sommes dans un rapport 1/1000, petit engouement pour l'H2.

J'ai bien compris que l'ADEME est très proactive sur le sujet et pense que la production de l'H2 va suivre la production des ENR . Un électrolyseur de puissance ce n'est pas une trottinette électrique à démarrer. Il serait intéressant que le monde de l'H2 fasse des simulations de production avec un réseau électrique comprenant des moyens pilotables et des ENR , soit avec des électrolyseurs soit avec des batteries des VE plus stationnaires. Les gens qui ne connaissent pas les réseaux électriques et qui croient que quand les ENR cracheront 300 GW sur un territoire comme la France, on pourra transformer toute cette belle Energie en H2 ....sauf à acheter pour 300 GW d'électrolyseurs . Le diable est dans le détail comme toujours .

Bertrand Chauvet

:-)
La moitié du parc de FCEV existant en France est garée actuellement dans des parkings fermés (notamment les Kangoo ZE-H2 de Symbio). Il se trouve qu'il y a des des détecteurs de fuite H2 partout dans une voiture comme ça, mais que le seul risque réel est au niveau de la tête de bouteille, où se trouve le TPRD, et que la diable est dans la partie de contact entre la tête et le corps. Mais si l'ensemble ne passe pas les tests de fuite, l'ensemble n'est pas utilisable. Néanmoins, le risque zéro n'existe pas bien entendu.
Le petit engouement pour l'H2 est naturel, compte tenu de l'écart de temps et de maturité industrielle, et ce quel que soit le type de véhicule considéré, entre 20 ans d'investissement massif dans les technologies Li-Ion, et à le balbutiement H2. Maintenant, celui qui me dit que le rapport nombre de véhicule BEV vers FCEV nous dit que le BEV a gagné et que le FCEV n'existe pas, je lui rappellerai simplement gentiment, que quand Apple a lancé l'iPhone, il pesait 0,001% du marché mondial, et qu'il faisait étouffer de rire Nokia et Motorola. Lol comme on dit.
Pour ce qui est des technologies d'électrolyse, les nouveaux alcalins à 30 bars on des ramp-ups de 20% par seconde, comparés aux 0,4% / s des électrolyseurs 1 bar. Cependant, les meilleurs à ce jeu là restent les électrolyseurs PEM (100% en 1 seconde), et ça ne pose aucun problème de durabilité. De toute manière, personne n'envisage de faire de l'électrolyse massive pour faire du service réseau à la seconde avec des PàC derrière. On parle de grands équilibres, où environ 25 TWh / an sur 75 TWh de surplus seraient transformés en H2, 5 TWh via les batteries. Question de profils de production (puissance et durée des stockages nécessaires). Personne ne dit qu'il faut transformer tout le potentiel ENR en H2, on ne parle que de maximiser le potentiel ENR en gommant la désynchronisation offre/demande, le delta production versus consommation électrique.

Alain Capitaine

Ok tout se passera bien dans les garages on va dire et la législation veille. ...
Une seule question, je suis en 2050 je suis en transition donc je regarde devant. Les ENR (photovoltaïque plus éolien) crachent 300 GW sur l'ensemble du territoire, je stocke comment ?

Hervé

Bonjour Mr Chauvet
L'un n’empêche pas l'autre, mais pour faire du smartgrid, linky a les capacités permettant de faire pas mal de choses. S'il est pourri c'est la volonté du marketing EDF, pas l'appareil lui même. Son microcode est probablement upgradable à distance (enfin on le suppose!) ce qui lui donnera la souplesse d’évoluer et le débit les largement suffisant pour faire pas mal de choses. (La smartgrid actuelle utilise un débit de 1bit par seconde.... déja suffisant pour activer les chauffe eau... et aurait pu faire bien d'autres choses si updaté). Le gros point faible de linky est justement l'usage des réseaux télécoms entre les concentrateur et centres de gestion . Mais ce raté pourra être corrigé par la suite en remplacant les concentrateurs par des trucs mieux étudiés.

Le minitel était peu performant, débit de merde mais il fonctionnait (enfin +/-...) et correspondait a son époque. Un ordi, c'est une autre histoire! Quand on appuie sur On on est jamais sur que ça démarre. Les box internet, la fiabilité est douteuse, lignes télécom pourries... On ne peut pas développer une smatgrid électrique sur un gros tas de merde. En cumulé je suis dans les 24h indisponibilité du réseau internet / an pour raison externe (pas ma ligne) , EDF, ça doit tourner dans les 10mn... Pas le même niveau de qualité, on ne peut baser une smartgrid la dessus, pas fiable, régulièrement piraté, redondance à revoir...

Bertrand Chauvet

Et donc, ce que vous appelez un smartgrid... n'est pas un smartgrid. C'est juste un outil de collecte de données de consommation, et un automate pour activer un switch. Et vu ce qui se trouve à l'intérieur d'un Linky, c'est pas demain la veille qu'on pour upgrader du code pour faire quelque chose de plus intelligent. Côté télécoms, ce ne sont pas les box qui sont problématiques (sauf si on débranche un cable par mégarde... ou que le réseau électrique tombe !), il n'y a pas grand chose dans une box. C'est du côté du réseau qu'il y a des difficultés, la vétusté du réseau de cuivre avec l'ADSL, et aussi des problèmes côté DSLAM (problème de "concentrateurs" que Linky connait aussi avec le CPL, et connaitra de toute manière dans les mêmes proportions que les concentrateurs télécoms). Le passage à la fibre optique résout la plus grande part de ces problèmes de vétusté réseaux télécoms. À partir du moment où l'on fait du réseau "intelligent", donc du software et de la connexion, on entre dans le monde de l'IT et des télécoms, que l'on soit sur un support physique transportant des électrons (quels que soient le nombre de volts en jeu sur ces lignes) ou transportant de la lumière (fibre optique). Par contre, les infrastructures coeur de réseau nécessaires à faire du vrai réseau intelligent (protocoles, admission, sécurité, bases de données, switching, roaming, interconnexions réseaux etc etc), c'est là où les électriciens méconnaissent la complexité de ce qui est en jeu et que l'industrie des télécoms a mis des décennies à spécifier et fiabiliser.
Un simple détail sur lequel vous pointez du doigt : les problèmes de sécurité. Il y a des problèmes de sécurité à partir du moment où il y a nécessité de faire de l'admission (login / pwd). Or sans admission, pas d'intelligence. Pas de services à valeur ajoutée en fonction de l'identification du client. Le jour où l'on commencera à faire vraiment du smartgrid sur un réseau électrique, ce jour-là commenceront les problèmes de sécurité. Ne croyez pas que vous y échapperez parce que voter technologie de transport est du CPL. Réseau Intelligent = Admission + communication = problèmes de sécurité et de piratage. Si vous n'en avez pas, c'est précisément parce que vous ne faites pas du réseau intelligent.

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