L'hydrogène peut-il remplacer le pétrole ?

 

L'exemple des USA

Les USA brûlent près de 20 milliards de barils de pétrole par jour en 2003, dont 12 Mb/j pour leurs transports terrestres (personnes, marchandises). Or, il est bien connu que le rendement thermodynamique des moteurs à explosion est mauvais (20-30%). Dans la perpective d'un épuisement prochain des réserves d'hydrocarbures, à commencer par le pétrole, des recherches ont été lancées depuis de nombreuses années pour essayer de remplacer ces moteurs thermiques par des piles à combustible, dont les performances et le coût s'améliorent lentement (leur rendement atteint actuellement 50% et pourrait théoriquement culminer à 80%). D'autre part, à cause de l'effet de serre dû aux quantités croissantes de CO2 qui s'accumulent dans l'atmosphère, risquant de modifier le climat et le niveau des océans, il est urgent de réduire les émissions de CO2. Pour ces deux raisons, il est indispensable de reconvertir le parc automobile vers une utilisation de l'hydrogène comme carburant exclusif. L'hydrogène, dans une pile de ce genre, produit de l'énergie électrique en se combinant avec l'oxygène de l'air, et cela ne produit que de l'eau.

Le président George W. Bush a annoncé en janvier 2003 son intention de financer un grand programme de recherches destiné à mettre sur le marché, d'ici une vingtaine d'années, des automobiles à moteur électrique mues par une pile à combustible alimentée par de l'hydrogène liquide, à un prix accessible à tous. Un crédit de 1,2 milliards de dollars US (G$) est proposé pour cela. 720 millions de dollars (M$) seraient débloqués pour lancer un premier programme, intitulé "FreedomFUEL". Un peu plus tard, nous avons appris que les USA allaient relancer leur programme de construction de centrales nucléaires, dont l'une serait consacrée à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau.

Enfin, en janvier 2004, les USA ont décidé de brûler le plutonium de leurs vieilles bombes atomiques en fabriquant du Mox (mélange U-Pu), en achetant pour cela une usine clé en mains à la France, identique à celle de Marcoule. Ils vont donc construire également des centrales capables de consommer ce Mox, en attendant la nouvelle génération de surrégénérateurs ou d'autres types de centrales nucléaires.

L'analyse technique ci-contre résume un article de Paul M. Grant, paru dans la revue anglaise Nature (10 juillet 2003, n°6945, p. 129–130).

 

 

L'énergie nucléaire est sans doute le seul moyen de produire de l'hydrogène–carburant

Cette affirmation fera sans doute bondir les antinucléaires, mais les données sont très clairement exposées par cet expert, pour ce qui concerne les USA. Et nous devons admettre qu'elles s'appliquent également à nous-mêmes, Européens, à moins de devenir tous cyclistes, cavaliers… ou de nous déplacer à pied !

Il s'agit donc de fabriquer, aux USA, une quantité d'hydrogène évaluée à quelque 230 000 tonnes par jour. La fabrication de l'hydrogène exige beaucoup d'énergie, bien plus qu'il n'en fournit par sa combustion. En l'extrayant de l'eau, ce qui constitue la seule solution propre (par rapport à l'utilisation de charbon, etc.), il faudra dépenser une énergie électrique d'environ 400 milliards de watts (gigawatts, GW), soit le double de la production actuelle des USA.

On doit donc envisager la construction de 800 centrales électriques au gaz naturel (à cycle combiné) de 500 MW chacune, ou 500 centrales au charbon de 800 MW, ou 200 barrages hydrauliques comme celui du Hoover Dam (2 GW), mais tout cela est évidemment impossible (manque de sites pour les barrages, épuisement en cours des gisements de gaz canadiens utilisés par les USA) ou écologiquement inacceptable (production accrue de CO2 ). Reste la possibilité de construire 100 centrales nucléaires du type français actuel (chacune de 4 x 1 GW). Les réserves de combustibles fissiles conventionnels (uranium et plutonium) pour alimenter de telles centrales sont jugées suffisantes (500 à 1000 ans), en attendant la mise au point, encore hypothétique, de centrales à fusion nucléaire d'ici 50 ans ou plus. Il s'agit donc d'une solution nettement plus durable que les précédentes. L'effort d'investissement n'est pas hors de portée : au moins 400 G$, soit 1/20e du PIB des USA.

Mais qu'en est-il des énergies renouvelables ? Paul M. Grant évalue la production d'énergie des éoliennes à 100 W/m2 de sol au maximum (vent violent). En admettant que cette valeur ne soit que de 30% en moyenne, il faudrait couvrir d'éoliennes 130 000 km2 de sol américain, soit la surface de l'État de New York. Pour les cellules photovoltaïques, avec une production maximale de 200 W/m2 (en plein soleil), réduite en moyenne à 20%, 20 000 km2 seraient nécessaires, soit la moité du Danemark.

Quant à la production annuelle d'énergie électrique, par incinération, à partir de la biomasse végétale (et en admettant que le CO2 produit soit recyclé l'année suivante), il faudrait cultiver une surface supplémentaire équivalente à celle de l'État du Nevada pour obtenir 30% de plus que la biomasse de 2600 GW actuellement disponible aux USA. La fermentation anaérobie, qui produit de l'hydrogène et du CO2, n'est pas envisagée.

L'utilisation des sources renouvelables d'énergie, toutes liées à l'énergie solaire (vents, rayonnement ou croissance des plantes vertes), mobiliserait donc de grandes surfaces vierges. Au contraire, les centrales nucléaires sont à la fois économes en nombre de GW/m2 et intéressantes en matière de préservation du paysage, des espaces verts et de la biodiversité, comme le montre l'exemple choisi par Grant : la centrale ultramoderne de Kashiwazaki Kariwa (côte ouest du Japon), qui n'occupe que 4 km2, produit depuis 20 ans 8 GW durant 90% du temps, dans un paysage de dunes littorales parfaitement préservé. Il suffirait donc de 233 km2 pour produire les 400 GW nécessaires à la production d'hydrogène aux USA (ndlr : Grant ne tient évidemment pas compte des centres de fabrication des barres de combustible, ni de leur retraitement, tel que la France l'assure à La Hague pour les Japonais eux-mêmes, et bien d'autres !).

Tout recours massif aux énergies renouvelables, même en dehors de la nécessité, pressante, de trouver un carburant de substitution au pétrole, aurait des conséquences écologiquement désastreuses. Elles ne pourront que servir d'appoint à la production d'électricité, dans des sites très favorables.

Grant rappelle, à ce sujet, la tentative récente d'augmenter la productivité marine et, par conséquent, l'utilisation du CO2 par le phytoplancton. On a pour cela déversé des sels de fer dans l'océan Antarctique, au sud de l'Amérique. Après une croissance explosive du phytoplancton, on a observé la libération de bromure de méthyle, un poison de la couche d'ozone ! Ne jouons pas aux apprentis-sorciers…

Jean MELLINGER

 

 

Liens

La Gazette de l'hydrogène
Site en anglais, qui décrit les projets et les réalisations en cours, pour produire et distribuer aux véhicules un carburant à base d'hydrogène, en Europe et ailleurs
National Hydrogen Association
Cette association américaine assure la promotion de l'hydrogène, en particulier comme carburant pour les véhicules munis de piles à combustible
Association danoise de l'industrie éolienne
Tout sur l'énergie éolienne, dont les Danois sont les champions. Et en français !
Solaire photovoltaïque
Statistiques annuelles des énergies renouvelables.
Voyez aussi notre portail !
Constamment mis à jour et enrichi. Faites-nous part de vos trouvailles