DECARBONATION : LES NOUVELLES VOIES HYDROGENE QUE VEUT PROPOSER L'IFPEN

TRANSITIONS ÉCOLOGIQUES. Basé à Solaize près de Lyon, l’IFP Energies nouvelles (IFPEN) se pose comme un acteur majeur de la recherche dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement, avec une délégation confiée par les pouvoirs publics. En pleine crise sanitaire, l’institut a planché sur différentes pistes, dont celle d’associer l’hydrogène à des motorisations thermiques, qui seraient, selon sa direction, une voie d’avenir à étudier au même titre que les piles à combustibles. Explications.

A 15 km au sud de Lyon, l'IFP Energies nouvelles (IFPEN) travaille quotidiennement sur les enjeux de transports et énergie. Avec ses 1.633 salariés, dont 1.136 ingénieurs et techniciens, cet établissement public à caractère industriel et commercial (EPIC), attribue désormais plus de la moitié de son budget annuel de 283,3 millions d'euros aux nouvelles technologies de l'énergie.

« Nous avons franchi le cap de 60 % de notre activité de recherche et innovation tournant autour des nouvelles technologies de l'énergie, et cette évolution ne fait que s'accélérer depuis 15 ans », souligne Cécile Barrère-Tricca, cheffe de l'établissement d'IFPEN-Lyon.

« On peut dire désormais que la question des transitions devient réalité, les mutations sont amorcées. On le voit au sein du plan de relance, qui se pose comme une vraie opportunité d'avancer plus vite dans nos domaines liés au transition écologique, dans l'optique de développer néanmoins toujours des innovations qui ont vocation à aller sur le marché », ajoute-t-elle.

Tout en rappelant que l'année 2020 a marqué, pour la première fois, une baisse de la consommation du gaz naturel et des émissions de CO2 liées à la crise, et en même temps, une explosion de la part de véhicules électriques -passée de 4 à 9 % en Europe-, ainsi que des capacités éoliennes et solaires mondiales, « on voit que l'on a basculé de l'ancien monde au nouveau monde, avec plus d'investissements sur les technologies liées à la transition écologique qu'à celles du pétrole et du gaz », reconnaît Cécile Barrère-Tricca.

AMENER L'HYDROGÈNE À HORIZON PLUS PROCHE

En parallèle à la prise de conscience des grands groupes, qui affichent pour la plupart des objectifs de neutralité carbone à horizon 2030 à 2050, les enjeux de recherche développement ont tourné, pour l'IFPEN également, autour de différents axes dont celui de l'hydrogène, identifié désormais comme une énergie d'avenir.

« Nous travaillons sur le sujet hydrogène avec la volonté forte de mettre sur le marché rapidement les technologies disponibles. C'est pourquoi nous nous sommes dotés d'une feuille de route hydrogène, qui concerne un certain nombre de briques de la chambre de valeur allant du stockage, aux transports, en passant par la production et l'utilisation au sein des mobilités », illustre la cheffe d'IFPEN-Lyon.

Mais sur ce segment, son institut assume aussi pleinement un pari inédit :

« Même si nous travaillons également sur des sujets de piles à combustible, nous pensons que les moteurs thermiques, et notamment essence, pourraient permettre de passer plus rapidement le cap de l'hydrogène. Les outils existent déjà, il s'agit uniquement d'adapter les technologies existantes en vue d'injecter de l'hydrogène -sous forme de gaz, ndlr- au sein des moteurs thermiques, afin de remplacer leur carburant », explique Cécile Barrère-Tricca.

Selon elle, cette solution aurait notamment le mérite de pouvoir être applicable dans un futur proche, en attendant l'arrivée des technologies de rupture, comme la pile à combustible. Et s'avérerait aussi particulièrement adaptée à des utilisations destinées à la mobilité lourde et aux véhicules utilitaires, voire même au transport maritime ou fluvial. Soit là où une grande autonomie mais également une recharge rapide seraient utiles.

« Bien qu'il soit nécessaire d'adapter certains éléments comme l'injection, les réglages, ainsi que l'optimisation du moteur, ces transformations sont moins lourdes qu'un passage à la pile à combustible ou au moteur électrique ». Un banc d'essai aurait même déjà pris place au sein des locaux, situés à Solaize, pour tester cette nouvelle voie, dont les premières applications pourraient aboutir dès 2022 à 2023.

CAPTER LE CO2 POUR UN HYDROGÈNE « BLEU »

« C'est la même chose sur le terrain de la production, avec de l'hydrogène vert dont on parle beaucoup en ce moment, alors qu'un hydrogène bleu produit à partir de gaz, pour lesquels on capterait le CO2 émis, afin qu'il soit ensuite réutilisés vers d'autres applications, auraient écologiquement et économiquement du sens, tout en constituant également une voie de transition plus rapide », souligne-t-elle.

Le CO2, ainsi capté lors du processus de production, pourrait par exemple être transformé puis stocké au sein de hubs sous-marins, ou bien être utilisé directement pour produire des molécules d'intérêt pour la chimie, ou transformé en méthane.

« Il existe donc de multiples voies de valorisation entrant dans une sorte d'économie circulaire », affirme Cécile Barrère-Tricca, précisant que des démonstrateurs industriels sont par exemple déjà en cours en France sur ce sujet, en collaboration avec des groupes comme Total et ArcelorMittal.

A travers ces travaux, l'IFPEN estime ainsi « qu'il n'existe pas une seule voie en matière de transition écologique. Celle-ci sera plutôt faite d'un mix de solutions », résume-t-elle.

Et d'ajouter : « Pour atteindre les objectifs que s'est fixée la France en matière de réduction de son empreinte, il est important de ne pas balayer les solutions intermédiaires qui nous permettraient d'avoir un impact notable sur l'environnement, telles que l'utilisation de l'hydrogène au sein des moteurs thermiques. Car malheureusement, il faudra encore du temps pour concrétiser l'arrêt (complet) des énergies fossiles », rappelle Cécile Barrère-Tricca.

L'ÉTUDE DES MATÉRIAUX CRITIQUES, ET LEURS CYCLES DE VIE

En parallèle, l'IFPEN a travaillé, dans le cadre d'un projet avec l'ANR, sur l'aspect critique des matériaux utilisés dans le cadre des énergies nouvelles.

« On sait qu'en augmentant la production électrique, éolienne, solaire, il va falloir nécessairement se fournir en quantité dans certains matériaux comme le cobalt, le cuivre, ou le lithium. Notre objectif était donc de réaliser une cartographie afin de voir quelle était la provenance de ces matériaux, lesquels d'entre eux s'avéreraient les plus critiques, et comment se tourner vers des cycles de recyclage et d'éco-conception ».

Avec comme premier constat, le fait que l'approvisionnement de certains matériaux comme le cobalt mais également le cuivre pourraient effectivement s'avérer tendus. « Nous avons également travaillé en parallèle sur le développement de procédés visant à extraire ce type de matériaux, moins consommateurs en eau, avec des industriels comme le producteur de minerais Eramet », cite en exemple Cécile Barrère-Tricca.

Le même type de réflexion serait d'ailleurs à l'étude dans le domaine des batteries électriques, afin de voir comment concevoir en utilisant une plus faible proportion de matériaux jugés critiques.

Financé pour près de la moitié dans ses travaux (45%) par l'État, via le label de l'institut Carnot, l'IFPEN se prépare d'ailleurs à signer son nouveau contrat stratégique 2021- 2025 avec l'État, qui serait actuellement en cours de finalisation. Une chose semble certaine : « Ces objectifs s'inscriront dans la continuité de la trajectoire existante, en lien avec les transitions écologiques, et pour lesquels nous sommes en lien avec le Ministère de la transition écologique ainsi que le Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche, pour faire converger nos thématiques ».

Elle voit d'ailleurs les enveloppes prévues au sein du plan France Relance comme une opportunité d'appuyer les travaux de l'institut : « Nous avons déjà répondu à des appels à projets en matière de mobilité durable, d'énergies renouvelables et circulaires et nous le ferons encore lorsque nous aurons des projets pertinents à ce sujet ».