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Opportunité

L'hydrogène, solution clé pour la transition énergétique

Selon le Conseil National de l'Hydrogène*, l'hydrogène pourrait représenter 18 % de la production d’énergie d’ici 2050. Et pour cause, son pouvoir calorifique et énergétique est très important. Déjà utilisé en chimie et en pétrochimie, il est appelé à devenir une solution clé pour la transition écologique, à condition de la produire avec des procédés moins énergivores que ceux d'aujourd'hui. Tour d'horizon des opportunités pour les industriels de la mécanique, avec le concours du service de veille stratégique du Cetim.

Un potentiel de développement élevé

Une étude de Mac-Kinsey montre le rôle que l'hydrogène pourrait jouer dans la valorisation des énergies renouvelables, les transports et la production d'électricité et de chaleur. La filière pourrait créer plus de 40 000 emplois d’ici 2030.

La molécule s'intègre dans la thématique globale de l'énergie. C'est notamment un moyen de valoriser les énergies renouvelables, par exemple en utilisant les surplus de production des éoliennes pour fabriquer de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Spécialisée dans l'éolien flottant, la société Qair a lancé, en partenariat avec l'Agence Énergie Climat d'Occitanie, une filiale pour produire de l'hydrogène vert. Un projet rentabilisé en valorisant l'oxygène et la chaleur fatale issus de l'électrolyse.

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Source: Afhypac

Un contexte favorable

L'Europe, l'État et les Régions se mobilisent pour financer des programmes de développement.

L'Alliance européenne pour un hydrogène propre vise à mobiliser des investissements et développer un portefeuille de projets de grande envergure. L'Allemagne a déjà mis 9 milliards d'euros sur la table, la France 7 milliards.

Des investissements massifs — jusqu’à 430 milliards d’euros — sont envisagés pour porter la part de l'hydrogène renouvelable à 14 % du mix énergétique européen en 2050. L’objectif est de produire 40 GW en Europe à partir d’électrolyse d’ici à 2030.

En France, 7 milliards d’euros d’investissements complémentaires sont prévus d’ici 2030 dont 2 milliards d’euros dans le cadre du plan de relance, avec trois priorités :

  • développer une filière industrielle d’électrolyse ;
  • accélérer la mise sur le marché de la mobilité lourde (bus, camions, trains) ;
  • favoriser la recherche, l’innovation et le développement des compétences.

L'Ademe a lancé deux appels à projets, l'un (275 M€ sur 3 ans) pour soutenir des investissements de production et de distribution d’hydrogène renouvelable ou décarboné, à usage industriel ou à destination des utilitaires et des transports lourds ; l'autre (350 M€ sur 3 ans) pour améliorer les composants et systèmes hydrogène.

Un programme de recherche piloté par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) est doté de 65 millions d'euros.

Toutes les régions lancent leur feuille de route sur l'hydrogène, pour développer des briques technologiques.

La mécanique concernée à tous les maillons de la chaîne de valeur

De la production d'hydrogène à ses usages, en passant par le stockage, la distribution ou la conversion en énergie, des opportunités existent pour la plupart des industries de la mécanique : chaudronnerie, tôlerie fine, décolletage, métallurgistes, pièces mécaniques, usinage, mise en œuvre de matériaux, traitement de surface, plasturgistes, fabricants de composants périphériques (capteurs de mesure, compresseurs, pompes, détendeurs, humidificateurs, produits d'étanchéité, etc.).

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Source: Direccte Grand Est

La production d'hydrogène relève de la chimie. Les industries mécaniques sont toutefois présentes pour fournir des équipements de circulation de fluides (vannes, robinets, pompes, etc.) et pour la fabrication des cellules d'électrolyse (emboutissage, hydroformage, etc.)

Pour le stockage, le transport et la distribution, l'hydrogène doit être comprimé, ce qui consomme beaucoup d'énergie et génère du bruit. Différentes technologies de compression sont utilisées : centrifuge, à piston, à hydrure métallique, etc. Des innovations sont attendues afin de réduire le nombre de pièces mécaniques.

Le transport, envisageable via le réseau de pipeline du gaz naturel, pose trois problèmes principaux :

  • le comportement des matériaux fragilisés et soumis à la corrosion par l'hydrogène ;
  • l'étanchéité des réseaux ;
  • l'impact du fluide sur l'efficacité énergétique.

La distribution offre une grande place à l'industrie mécanique avec de nombreux composants (pompes, compresseurs, vannes, réservoirs, échangeurs, soupapes, flexibles, etc). Restent trois défis majeurs à relever :  la durabilité des matériaux, l'analyse de défaillance et la surveillance de la sécurité et de la performance, liée à l'intégration de capteurs et de solutions de maintenance à distance.

La conversion de l'énergie passe par le développement de la pile à combustible et son intégration dans un véhicule. Pour cela il faut des procédés mécaniciens afin de produire les composants : emboutissage, moulage, fabrication additive pour les formes complexes. Le traitement de surface est également nécessaire pour les questions de corrosion. Pour produire de grandes quantités, l'automatisation de l'assemblage des piles devient indispensable.

De son côté, le moteur à combustion interne à hydrogène nécessite moins de rupture technologique que la pile à combustible, mais il émet des NOx (oxydes d'azote).

Principal usage, la mobilité lourde mobilise des compétences mécaniciennes. Total investit ainsi dans Hyson Motors, une société de véhicules routiers à l'hydrogène. Des développements existent également dans les engins mobiles industriels, par exemple, le tractage de remorques dans les centres logistiques ou le transport de conteneurs dans les ports.

Des exemples de produits liés au marché de l'hydrogène

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Source: Cetim

* Créé par le gouvernement, le Conseil national de l'hydrogène rassemble une quinzaine d'industriels chargés de contribuer au déploiement de l'hydrogène décarboné en France.