d) Les programmes de démonstration
Les programmes de démonstration ont tendance à se multiplier aujourd'hui aux États-Unis, au Japon et en Europe. Ils permettent de démontrer les potentialités de la filière et de mettre en lumière les difficultés à surmonter avant la généralisation.
L'un des points clefs est la détermination de la nature et de la qualité de l'hydrogène à fournir (compression, niveau de pureté...). Il s'agira ensuite de développer et normaliser les technologies attenantes. Ce travail s'effectue à Genève au sein d'un groupe de travail ISO. Les premiers cadres normatifs pourraient être prêts en 2010.
En Europe, la Commission et les PCRD sont de puissants fédérateurs. La politique globale en la matière a été définie par un « g roupe de haut niveau », créé en 2002 et qui a rendu son rapport en juin 2003 : « Hydrogène et piles à combustible : une vision pour notre avenir ». Plusieurs programmes sont achevés ou en cours. Ce rapport a notamment conduit à la création en septembre 2003 d'une plate-forme technologique « Hydrogène et PAC » et a influencé la préparation du 6 e PCRD. Depuis janvier 2004, la plate-forme est formée. Elle est dirigée par les spécialistes hydrogène de Shell, Daimler-Chrysler et de l'ENEA italienne. Le développement de la PAC dans les transports est aussi le fruit des réflexions menées dans le cadre du Livre Blanc sur le transport et du Livre Vert sur l'énergie .
Cette préoccupation est croissante dans les différents PCRD. Dans le 4 e (1994-1998) 54 M€ y avaient été consacrés.
Dans le 5 e PCRD (1998-2002), ce sont 150 M€ qui ont permis de financer 70 projets animés par quelques réseaux européens. Ainsi, le réseau Fuero regroupe des constructeurs automobiles qui évaluent différents types de PAC (Fiat, Peugeot, Renault, Volkswagen, Volvo).
Le 6 e PCRD (2003-2006) consacre 810 M€ pour l'énergie, dont 640 M€ pour les transports. Cela résulte en partie de la prise de conscience qui s'est opérée au début des années 2000 avec la mise en place d'un groupe de haut niveau, d'une plate-forme technologique et d'un programme Quickstart .
Le programme CUTE (Clean urban transport for Europe) est doté d'un budget de 54 millions €, dont 18 de l'UE. Il fédère une trentaine de participants : constructeurs, chercheurs, opérateurs de transport et municipalités.
Il a pour objectif de mettre en service et d'étudier le fonctionnement, en condition réelle de service, de 27 prototypes de bus à hydrogène dans neuf villes européennes. Les bus roulent depuis début 2004 à Porto, Madrid, Stockholm, Stuttgart, Londres et Reykjavik (programme spécifique ICTOS). Il a notamment l'intérêt d'expérimenter toutes les possibilités de production, de transport et de stockage d'hydrogène.
Vos rapporteurs n'ont pu que constater, sans en avoir l'explication, l'absence complète d'acteurs ou de villes françaises . Peut-être est-ce lié à l'arrêt au bout de trois ans de l'expérience menée à Chicago avec trois bus et qui a du être arrêtée en raison de son coût ?
La France participe cependant à ces recherches difficiles. Les initiatives ne datent que de la fin des années 1990 (création du réseau PACO en 1999) et le financement reste peu important, 10 M€ dans ce cadre.
Malgré ces efforts, les États-Unis, le Japon et le Canada semblent beaucoup plus avancés. Dans tous ces pays, les États prennent en charge le développement des infrastructures.
Au Canada, deux projets de couloirs à hydrogène sont en cours : liaison États-Unis-Whistler (Colombie britannique) pour les Jeux olympiques d'hiver de 2010 et un autre entre Windsor (Ontario - ville frontière de Detroit) et Montréal (Québec), soit plus de 900 km. Ces initiatives visent à conforter l'avance technologique de la firme canadienne Ballard installée à Vancouver et à utiliser de confortables surplus budgétaires.
Pour les États-Unis, l'économie de l'hydrogène est un objectif majeur visant à les libérer de la dépendance du pétrole importé du Moyen-Orient et du risque de changement climatique sans modifier leur mode de vie.
Le principal souci du DOE est bien la dépendance du secteur des transports vis-à-vis de sources pétrolières et gazières étrangères alors même que la demande mondiale va croissant. La production domestique est inférieure à la consommation américaine depuis le milieu des années 1980 et inférieure à celle des « light trucks » et des automobiles depuis l'an 2000. L'environnement et la qualité de l'air ne viennent qu'ensuite dans l'ordre des priorités.
Pour faire face à ces défis, le FreedomCar Partnership est le principal programme Gouvernemental. Il a pour objectif d'assurer le développement des technologies liées à l'hydrogène, des infrastructures et de permettre le passage à l'étape commerciale. Il s'inscrit dans une vision en plusieurs phases permettant le passage à l'économie sans carbone. La phase de transition (infrastructures, applications stationnaires) devrait se dérouler entre 2010 et 2025. Le développement commercial devrait se développer à partir de 2015 et l'économie de l'hydrogène prendre une réelle ampleur à partir de 2025. Selon le DOE, la production de voitures à PAC ne devrait pas intervenir avant 2020, mais la décision sera prise dès 2015.
Au total, ce programme et celui plus spécifique sur la pile à combustible représentent un budget pluriannuel (2004-2008) de 1,7 milliard de dollars . Ces investissements vont de pair avec des objectifs précis de performance en termes d'autonomie (+ 300 miles en 2015), de durée de vie (5000 h) et de prix.
Au niveau des États, plusieurs initiatives sont en cours, dont principalement le California Fuel Cell Partnership , créé en 1999. Il s'agit d'un ambitieux programme de démonstration visant à promouvoir les véhicules zéro émission fonctionnant à l'hydrogène. Il devrait regrouper 300 véhicules en 2007. Tous les constructeurs présents aux États-Unis en font partie. En 2005, 33 stations-service sont sous sa direction.
• Quel bilan écologique global ?
En novembre 2003, une étude intitulée « Well-to-wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context » a été publiée. Elle a été menée conjointement par le Centre commun de recherche de la Commission européenne (JRC), le CONCAWE (association européenne des compagnies pétrolières) et EUCAR, dépendant de l'association européenne des constructeurs automobiles (AECA).
Cette étude a permis d'évaluer les performances écologiques du puits à la roue des différentes filières sur 100 km, tant en termes de consommation que d'énergie et d'équivalent CO 2 émis.
Elle a ainsi démontré que le véhicule PAC alimenté par de l'hydrogène comprimé issu de l'électrolyse de l'eau avec de l'électricité d'origine éolienne ou issu de la gazéification du bois (biomasse) présentait les meilleurs résultats en termes de rejet des gaz à effet de serre. En termes de consommation d'énergie, le gain est faible par rapport aux performances d'un véhicule hybride. Surtout, le potentiel de production d'hydrogène par ces deux voies est aujourd'hui très faible.
Le véhicule PAC alimenté en hydrogène comprimé issu de l'électrolyse a des performances très contrastées. Si l'électricité n'est pas d'origine nucléaire, elle ne présente aucun avantage. D'origine nucléaire, elle assure une excellente performance en termes de rejet de gaz à effet de serre mais plus médiocre en termes de consommation d'énergie (500 MJ environ, contre 150 pour les deux filières précédentes).
Le véhicule PAC utilisant de l'hydrogène issu du gaz naturel est intéressant. Il permet une réduction de 30 % de la consommation d'énergie et de 50 % des rejets de GES par rapport au MCI gazole. Les performances potentielles d'un hybride gazole réduisent très sensiblement l'intérêt de cette filière : - 15 % d'énergie et - 35 % de GES. L'utilisation d'un hydrogène liquéfié pénalise de 30 % les performances d'un tel dispositif.
Les solutions étudiées avec PAC et reformeur embarqué ne donnent que peu d'avantages par rapport aux moteurs à combustion interne actuels et équivaudraient à un hybride gazole.
Il faut ainsi noter que le véhicule MCI hybride gazole serait plus efficace que plusieurs solutions à pile à combustible lorsque l'hydrogène est issu du charbon (équivalent au moteur gazole actuel) ou de l'électricité non nucléaire.
Le graphique ci-dessous qui a été présenté à vos rapporteurs chez BMW confirme ces données.
• Quel bilan économique global ?
Le bilan écologique du puits à la roue de chaque filière ne peut conduire, seul, à une décision de politique publique. Il faut croiser ces données avec un bilan économique. A cet égard, M. Stéphane His, qui a rédigé la note Panorama 2004 de l'IFP, apporte des informations très utiles.
La prise en compte du critère économique met à égalité les filières hydrogène comprimé et hydrogène liquéfié. Si la liquéfaction consomme beaucoup d'énergie, elle est beaucoup moins onéreuse que la compression. Il se focalise néanmoins sur la seule filière hydrogène comprimé, puisque c'est celle-ci qui est surtout explorée aujourd'hui.
Le coût « du puits au réservoir » varie de 20 à 50/GJ. La filière la moins chère est l'extraction de l'hydrogène à partir du gaz naturel. L'extraire du charbon ou de la biomasse est 30 à 50 % plus cher. L'électrolyse est l'une des méthodes les plus onéreuses mais elle varie en fonction du prix de l'électricité (+ 40/GJ en France).
Évidemment, ces évaluations sont relatives et soumises à l'évolution des cours. En prenant pour base un prix de brut à 25 $/b, le coût de revient « du puits au réservoir » est de 8/GJ. Il faudrait donc que le prix du brut soit multiplié par 4 ou 5 (100-125 $/b) pour rendre compétitives les filières hydrogène actuelles.
Pour approfondir l'analyse, il faut vérifier si, une fois à bord, les véhicules équipés de PAC ne sont pas moins chers. Pour effectuer ce calcul, l'étude européenne a pris pour hypothèse que le véhicule PAC coûterait le même prix d'achat et d'entretien qu'un véhicule doté d'un MCI- ce qui est aujourd'hui extrêmement optimiste et favorable à la filière hydrogène. Un coût de revient aux 100 km alors été calculé :
|
Consommation (MJ/100 km) |
Coût du carburant (euros/GJ) |
Coût (euros/ 100 km) |
|
|
MCI + essence |
224 |
8 |
1.8 |
|
MCI + gazole |
184 |
8 |
1,5 |
|
MCI hybride + gazole |
141 |
8 |
1.1 |
|
PAC + H 2 comprimé ex-gaz naturel |
84 |
25 |
2.1 |
|
PAC + H 2 comprimé ex-charbon |
84 |
32 |
2.7 |
|
PACE + H 2 comprimé ex-biomasse |
84 |
37 |
3.1 |
|
PAC + H 2 comprimé ex-EDF |
84 |
42 |
3.5 |
Cette analyse est extrêmement intéressante. Elle montre que la filière PAC, quelle que soit l'origine de l'hydrogène, est jusqu'à 100 % plus chère que les solutions traditionnelles, dans une hypothèse extrêmement favorable d'égalité de coût d'achat et d'entretien qui ne correspond pas à la réalité.
Le coût des piles actuelles est de l'ordre de 3.000 €/kW, contre 30 à 50 €/kW pour les MCI actuels.
Là aussi l'analyse coût-émission présentée par BMW converge :
Au final, l'analyse de l'ensemble de la filière hydrogène permet d'aboutir aux conclusions suivantes :
- l'hydrogène est l'un des vecteurs énergétiques du futur. Son potentiel est très élevé mais ni la technologie, ni son coût économique ne permettent d'envisager une large diffusion dans le moyen terme et même tout simplement à un horizon fiable ;
- la technologie hybride diesel est le mode de transition énergétique le plus prometteur car il procure le meilleur rapport gain écologique/efficacité énergétique/coût économique. Cette technologie sera largement disponible dès le début de la prochaine décennie ;
- si la rupture technologique annoncée en matière de batteries et de stockage de l'électricité se produit, il est très probable qu'elle réduise énormément l'intérêt d'une filière hydrogène, voire qu'elle en reporte l'apparition pour de nombreuses décennies.