ELECTRICITE : L'HYDROGENE, INDISPENSABLE POUR ACCOMPAGNER LE FUTUR BOOM DES RENOUVELABLES

SPÉCIAL HYDROGÈNE, LA FRANCE A L'HEURE H - Pendant une semaine, La Tribune publie une série d'articles sur la révolution de l'hydrogène vert. Aujourd'hui, le rôle des énergies renouvelables occuperont un place prépondérante dans notre système électrique. Le stockage de l'électricité sur de longues périodes, grâce à l'hydrogène, sera alors indispensable pour répondre aux problématiques de variabilité. Reste à industrialiser ces centrales à hydrogène, qui aujourd'hui n'existent qu'à l'état de prototype.

Dans le cadre de son plan hydrogène, la France poursuit, dans un premier temps, deux grands objectifs : la décarbonation de l'industrie et le remplacement de carburants fossiles pour la mobilité lourde. Mais à plus long terme, cette minuscule molécule pourrait aussi jouer un rôle clé pour stabiliser le réseau électrique et ainsi sécuriser l'approvisionnement du pays en électricité.

L'hydrogène peut en effet être utilisé pour stocker sur de longues périodes l'électricité, notamment celle produite à partir des énergies renouvelables intermittentes, comme le solaire photovoltaïque et l'éolien.

Concrètement, lors d'un pic de production (au printemps, par exemple, où il peut y avoir beaucoup de vent dans certaines régions), l'électricité générée à partir d'un champ éolien pourrait alimenter un électrolyseur qui permet de dissocier une molécule d'eau en oxygène et en hydrogène. L'hydrogène obtenu, sans émissions de CO2, est alors stocké. Il pourra être restitué en électricité, grâce à une pile à combustible, lorsque la production des énergies renouvelables ne sera pas suffisante pour couvrir tous les besoins de consommation en électricité (en hiver notamment). C'est ce qu'on appelle le stockage saisonnier.

PAS NÉCESSAIRE AVANT 2035

Selon un rapport de RTE, le gestionnaire du réseau de transport d'électricité, le stockage par hydrogène ne sera toutefois pas nécessaire avant 2035.

"A l'horizon 2035, le système électrique disposera encore d'un grand nombre de flexibilité, comme les centrales thermiques existantes. Et une grande partie des réacteurs nucléaires restera en service à cet horizon-là. En revanche, après 2035, des besoins peuvent émerger notamment dans des scénarios de fort développement des énergies renouvelables", explique RTE.

En France, un rapport a récemment confirmé la faisabilité d'un système électrique tendant vers le 100% énergies renouvelables à l'horizon 2050, alors qu'aujourd'hui le solaire et l'éolien représentent moins de 20% du mix électrique français et le nucléaire plus de 70%.

STOCKER SUR DES TEMPS LONGS

Pour RTE, cette forte pénétration des énergies renouvelables intermittentes représente un défi de taille. Le gestionnaire doit en effet garantir en permanence un équilibre entre la demande et la production d'électricité. C'est la condition sine qua non pour que chaque consommateur ait de l'électricité à chaque instant. Dans une configuration où les énergies renouvelables sont largement dominantes, les outils permettant de gérer cette variabilité, comme le stockage, sont donc indispensables.

Contrairement aux batteries, qui permettent de stocker l'électricité quelques heures seulement, l'hydrogène permet de stocker des volumes beaucoup plus importants d'énergies sur des temps longs. L'hydrogène pourrait ainsi être stocké dans des cavités salines (cavités creusées dans de profonds et épaisses couches de sel gemme, obtenues en injectant de l'eau qui dissout progressivement une partie du sel) sur une saison entière.

Dans l'Ain, Storengy, filiale d'Engie, expérimente d'ores et déjà ce type de stockage, avec le démonstrateur HyPSTER. L'objectif est de définir les meilleures conditions techniques et économiques du stockage de l'hydrogène vert en utilisant une micro-cavité existante de 8.000 mètres cubes.

"A cet horizon plus lointain, nous pensons que le stockage par hydrogène peut avoir sa place, même dans des scénarios où l'on renouvelle le parc nucléaire", affirme RTE.

DES CENTRALES À HYDROGÈNE À INDUSTRIALISER

Reste à déterminer les capacités de stockage par hydrogène qui seront nécessaires selon les scénarios retenus. "Plusieurs niveaux de relance du parc nucléaire sont possibles. [Le gouvernement doit confirmer ou non le lancement d'un nouveau programme nucléaire en 2023, ndlr] Si il y a une forte relance et que le nucléaire représente toujours 50% du mix d'électricité, les besoins ne seront pas les mêmes que si le gouvernement ne relance que quelques réacteurs ou même aucun", explique RTE. Pour répondre à ces questions, le gestionnaire du réseau publiera un rapport, très attendu, à l'automne prochain.

RTE devra aussi se pencher sur la question de la maturité technologique du stockage par hydrogène..

"Aujourd'hui, ces centrales à hydrogène n'existent pas encore sur le plan commercial", souligne RTE. "Pour l'heure, il n'existe que des expérimentations ou des prototypes. Il est nécessaire d'élaborer une feuille de route volontariste du déploiement industriel de ces centrales à hydrogène", ajoute le gestionnaire.

François Kalaydjian, directeur économie et veille stratégique chez IFP Energies nouvelles, s'interroge toutefois sur la viabilité économique d'un tel système de stockage :

"Si les électrolyseurs ne fonctionnent que lorsqu'il y a un surplus de production électrique cela pose le problème de leur rentabilité. Car un électrolyseur de taille industrielle peut frôler le milliard d'investissement. Comment le rentabiliser s'il ne fonctionne pas en permanence ?"

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ENCADRE - EN CORSE, ON MET DÉJÀ "LE SOLEIL EN BOUTEILLE" GRÂCE À L'HYDROGÈNE

En Corse, le recours à l'hydrogène pour stocker l'électricité renouvelable est déjà une réalité. Dès 2012, l'université de Corse Pasquale Paoli, le CEA et la société Helion ont lancé la plateforme de recherche Myrte ( pour Mission hydrogène renouvelable pour l'intégration au réseau électrique). Située près d'Ajaccio, elle vise à étudier le déploiement d'un stockage de l'énergie photovoltaïque via l'hydrogène afin de garantir la puissance des énergies renouvelables. Objectif : améliorer la gestion et la stabilisation du réseau électrique.

Cet intérêt précoce pour l'hydrogène comme vecteur de stockage est directement lié aux caractéristiques d'un territoire insulaire, déconnecté du réseau. "La Corse n'est pas autonome en énergie, elle importe du diesel pour faire fonctionner des centrales thermiques", explique Christian Cristofari, professeur à l'université de Corse. Résultat, l'électricité y est plus chère et plus carbonée qu'en métropole. "En Corse, l'énergie est sept fois plus carbonée qu'en métropole. Elle est en moyenne deux fois plus chère, voire cinq fois plus chère lors des pics de consommation, entre 18 et 22h, où on atteint 450 euros le mégawatt-heure", détaille Christian Cristofari. Par ailleurs, l'île ne peut pas intégrer plus de 30% d'énergies renouvelables dans son mix en raison de leur intermittence.

Sur la plateforme Myrte, une centrale solaire de 560 KW permet d'alimenter un électrolyseur de 150 KW pour produire de l'hydrogène. Celui-ci est stocké puis l'électricité est restituée grâce à une pile à combustible lors des pics de consommation. "Nous mettons le soleil en bouteille", résume l'universitaire. "On arrive alors à des coûts de 300, 350 euros le mégawatt-heure", précise-t-il. Afin de rentabiliser cette chaîne hydrogène, la pile à combustible est aussi utilisée pour produire de la chaleur pour des bâtiments. Une partie de l'hydrogène doit également être utilisée pour servir la mobilité lourde, notamment ferroviaire. Prochaine étape pour les équipes de recherches : faire essaimer ce dispositif à l'échelle de l'île dans le cadre d'un plan hydrogène.