Pourquoi l’hydrogène revient partout dans le débat énergétique
Si vous suivez l’actualité environnementale, vous avez forcément vu passer des annonces sur l’hydrogène : trains « zéro émission », avions « hydrogène », usines « décarbonées »… En France, la Stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné prévoit 9 milliards d’euros d’ici 2030. À l’échelle mondiale, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) recensait plus de 1 000 projets hydrogène fin 2023.
Mais derrière cet engouement, une question simple : l’hydrogène vert est-il vraiment un allié crédible face à la crise climatique, ou surtout un excellent outil de communication pour l’industrie et les États ?
Pour y voir clair, il faut d’abord comprendre de quel hydrogène on parle, comment il est produit, quelles sont ses émissions réelles, et dans quels usages il a du sens… ou pas.
Hydrogène vert, bleu, gris : de quoi parle-t-on exactement ?
L’hydrogène n’est pas une source d’énergie comme le soleil ou le vent : c’est un vecteur énergétique. On doit d’abord le produire à partir d’une autre énergie, puis le stocker et le transporter.
Aujourd’hui, près de 95 % de l’hydrogène dans le monde est produit à partir de combustibles fossiles. Les couleurs qu’on lit dans la presse correspondent au mode de production :
- Hydrogène gris : produit à partir de gaz naturel (vaporeformage du méthane). C’est la voie dominante (environ 70 % de la production mondiale selon l’AIE). Elle émet entre 9 et 12 kg de CO₂ par kg d’hydrogène.
- Hydrogène noir ou brun : produit à partir du charbon. Encore très utilisé en Chine. Empreinte carbone encore plus élevée que le gris.
- Hydrogène bleu : hydrogène gris ou noir couplé à un système de captage et stockage du CO₂ (CSC). Une partie seulement des émissions est captée, avec des performances très variables (50 à 90 % selon les projets).
- Hydrogène vert : produit par électrolyse de l’eau, en utilisant une électricité renouvelable (ou bas-carbone dans certaines définitions). C’est lui qui est présenté comme la solution « zéro carbone ».
Autrement dit, l’hydrogène n’est « propre » que si son mode de production l’est. La couleur n’est pas qu’une question de marketing : elle détermine l’impact climatique réel.
Comment produit-on de l’hydrogène vert ?
L’hydrogène vert repose sur un procédé connu depuis plus d’un siècle : l’électrolyse de l’eau. Le principe est simple sur le papier :
- on fait passer un courant électrique dans de l’eau (H₂O) ;
- on sépare ainsi les molécules en hydrogène (H₂) et oxygène (O₂) ;
- on récupère l’hydrogène comme vecteur énergétique.
Du point de vue énergétique, ce n’est pas magique. Il faut environ 50 à 55 kWh d’électricité pour produire 1 kg d’hydrogène (sans compter la compression, le stockage et le transport). L’hydrogène ainsi produit n’est donc qu’une manière de « transformer » de l’électricité en une autre forme d’énergie.
L’avantage : si l’électricité utilisée est renouvelable (éolien, solaire, hydraulique) ou très bas-carbone (nucléaire en France), l’hydrogène résultant peut avoir une empreinte carbone très faible, de l’ordre de 1 à 2 kg CO₂ par kg d’hydrogène (en tenant compte de la construction des équipements), contre 9 à 12 kg pour l’hydrogène gris.
Le problème principal : il faut d’abord disposer d’une grande quantité d’électricité décarbonée. Or, cette électricité manque déjà pour décarboner d’autres usages prioritaires : chauffage des bâtiments, mobilité électrique, industrie, etc.
Un vecteur énergétique intéressant… mais pas très efficace
Un des points les plus souvent oubliés dans le débat est le rendement énergétique global. Que se passe-t-il si on compare :
- un usage direct de l’électricité (par exemple une voiture électrique),
- et le même usage via une chaîne hydrogène (électricité → électrolyse → stockage → pile à combustible → moteur électrique) ?
Les études convergent :
- un véhicule électrique à batterie utilise environ 70 à 80 % de l’énergie électrique initiale pour faire rouler la voiture ;
- un véhicule hydrogène (pile à combustible), une fois qu’on intègre toutes les pertes (électrolyse, compression ou liquéfaction, transport, conversion dans la pile), utilise plutôt 25 à 35 % de l’énergie au final.
Autrement dit, pour un même nombre de kilomètres parcourus, il faut 2 à 3 fois plus d’électricité pour une voiture à hydrogène que pour une voiture électrique à batterie. Dans un contexte où l’on peine déjà à produire assez d’électricité bas-carbone, ce n’est pas anodin.
Ce raisonnement s’applique aussi à d’autres usages : dès qu’on peut utiliser directement l’électricité, il est en général plus efficace (et moins coûteux) d’éviter l’étape « hydrogène ».
Les vrais atouts de l’hydrogène vert dans la transition énergétique
Faut-il en conclure que l’hydrogène vert ne sert à rien ? Pas du tout. L’AIE, l’IPCC (GIEC) et de nombreuses agences nationales convergent : l’hydrogène a un rôle utile, mais sur des segments bien ciblés.
Parmi les principaux atouts :
- Remplacer l’hydrogène fossile existant : aujourd’hui, l’hydrogène est déjà massivement utilisé dans l’industrie (raffinage, chimie, engrais). Environ 90 Mt par an dans le monde, dont la production représente près de 900 Mt de CO₂ (AIE, 2022), soit autant que les émissions combinées de l’Indonésie et du Royaume-Uni. Remplacer cet hydrogène gris par de l’hydrogène vert est un levier immédiat de réduction d’émissions.
- Décarboner certains procédés industriels « difficiles à électrifier » :
- sidérurgie (remplacer le charbon dans la réduction du minerai de fer) ;
- chimie lourde ;
- raffineries, production d’ammoniac, méthanol, etc.
Sur ces secteurs, plusieurs études européennes montrent que l’hydrogène peut réduire jusqu’à 80–95 % des émissions, à condition d’être bas-carbone et de s’intégrer à des process repensés.
- Produire des carburants de synthèse (e-fuels) pour l’aviation et le maritime : en combinant hydrogène vert et CO₂ capté (idéalement biogénique ou issu de l’air), on peut produire du kérosène de synthèse ou du méthanol. Les rendements sont faibles et les coûts élevés, mais c’est l’un des rares leviers pour décarboner des secteurs où les batteries ont du mal à s’imposer.
- Stocker l’énergie à long terme : dans un système électrique avec beaucoup de solaire et d’éolien, l’hydrogène peut servir de solution de stockage saisonnier (sur plusieurs jours ou semaines) en complément des batteries, du pompage-turbinage et de la gestion de la demande.
Dans ces cas de figure, l’hydrogène n’est pas en concurrence directe avec une alternative électrique simple et efficace. Il devient un outil parmi d’autres pour adresser les « derniers 20–30 % » d’émissions difficiles à abattre.
Les limites techniques et économiques à ne pas sous-estimer
L’image de l’hydrogène comme solution « miracle » masque une série de contraintes très concrètes.
1. Besoin colossal en électricité décarbonée
L’ADEME estime qu’atteindre les objectifs français en hydrogène décarboné pourrait nécessiter, à horizon 2035–2040, l’équivalent de plusieurs dizaines de térawattheures (TWh) d’électricité supplémentaire. Pour donner un ordre de grandeur, 10 TWh, c’est à peu près la production annuelle de 1 000 éoliennes terrestres de 3 MW bien situées.
Chaque nouveau projet hydrogène vert vient donc poser une question simple : cette électricité ne serait-elle pas plus utile ailleurs (isolation des bâtiments électriques, pompes à chaleur, mobilités électriques, etc.) ?
2. Rendements faibles sur certains usages
Comme vu plus haut, le rendement global de la chaîne hydrogène est faible par rapport à l’usage direct de l’électricité. Plus on multiplie les conversions (électricité → hydrogène → carburant de synthèse → usage final), plus on perd d’énergie… et plus les coûts augmentent.
3. Coûts encore très élevés
Selon l’AIE (rapport 2023 sur l’hydrogène), le coût actuel de l’hydrogène vert se situe généralement entre 4 et 6 €/kg en Europe, voire plus selon le prix de l’électricité, contre 1,5 à 2 €/kg pour l’hydrogène gris. Les projections tablent sur des coûts autour de 2 à 3 €/kg à horizon 2030–2035, si :
- le coût de l’électricité renouvelable baisse encore ;
- les électrolyseurs se généralisent et sont produits à grande échelle ;
- les facteurs de fonctionnement (heures de marche) sont élevés.
En attendant, la rentabilité de nombreux projets dépend largement de subventions publiques, de quotas de décarbonation ou de prix du carbone suffisamment élevés.
4. Infrastructure de transport et stockage complexe
L’hydrogène est une molécule très légère. Pour le transporter :
- il faut le comprimer à haute pression (jusqu’à 700 bars pour certains usages mobilité) ;
- ou le liquéfier à -253 °C, ce qui consomme à nouveau beaucoup d’énergie ;
- ou le transporter via des canalisations dédiées ou adaptées, ce qui implique des investissements lourds et des questions de sécurité (fuites, fragilisation des matériaux).
Certaines études explorent la conversion de réseaux de gaz naturel existants, mais les enjeux techniques sont importants (perméabilité, matériaux, mélanges H₂ / CH₄, sécurité).
5. Risques et sécurité
L’hydrogène n’est pas plus « dangereux » en soi que le gaz naturel ou l’essence, mais ses propriétés sont particulières : très diffusant, très inflammable, flamme presque invisible. Cela impose des standards de sécurité et de ventilation adaptés, notamment pour les stations-service et les sites industriels.
Des usages pertinents… et d’autres beaucoup moins
Face à la crise climatique, le critère clé n’est pas la nouveauté technologique, mais l’efficacité climat-euros-kWh. Où l’hydrogène vert est-il pertinent, et où ressemble-t-il surtout à un gadget ?
Des usages généralement considérés comme prioritaires :
- Industrie lourde : sidérurgie, chimie, engrais, raffinage. Ces secteurs utilisent déjà de l’hydrogène ou des combustibles fossiles difficilement remplaçables. L’hydrogène vert permet ici une réduction massive des émissions, souvent sans alternative simple.
- Transports lourds et longue distance :
- maritime : carburants de synthèse à base d’hydrogène (méthanol, ammoniac, e-fuels) ;
- aviation : e-kérosène pour les longs courriers, où les batteries sont peu réalistes à court terme ;
- camions longue distance dans certains corridors, là où les batteries restent lourdes et où l’infrastructure de recharge est complexe à déployer.
- Stockage et flexibilité du système électrique, en complément des autres solutions, pour absorber les surplus d’éolien et de solaire lors des périodes de forte production.
Des usages plus contestés, voire contre-productifs :
- Voiture individuelle à hydrogène : au vu des rendements et des coûts d’infrastructures, la plupart des analyses (AIE, ADEME, think tanks européens) considèrent que la voiture électrique à batterie est bien plus pertinente pour la grande majorité des trajets.
- Chauffage des bâtiments via un mélange hydrogène / gaz : plusieurs expérimentations consistent à injecter quelques pourcents d’hydrogène dans le gaz. L’impact climatique reste marginal tant que le gaz fossile domine, et l’usage direct de pompes à chaleur électriques est presque toujours plus efficace.
- Stockage à très petite échelle dans l’habitat : techniquement possible, mais très complexe et coûteux. D’autres solutions (isolation, sobriété, pilotage de la demande, batteries) sont souvent plus simples et plus sûres.
Autrement dit, l’hydrogène vert n’est pas le couteau suisse de la transition, mais un outil spécialisé, à utiliser là où ses spécificités (fort pouvoir énergétique massique, compatibilité avec des procédés industriels, possibilité de synthèse de carburants) apportent une vraie plus-value.
Hydrogène vert et crise climatique : ce que disent les scénarios
Les grands scénarios de neutralité carbone (GIEC, AIE, Commission européenne, RTE pour la France) intègrent quasiment tous un rôle significatif pour l’hydrogène bas-carbone, mais avec des ordres de grandeur différents.
Quelques points communs :
- La consommation totale d’hydrogène augmente, mais principalement sous forme d’hydrogène décarboné.
- L’hydrogène ne remplace pas massivement l’électricité dans les usages finaux : il intervient comme complément dans l’industrie, les transports lourds et le système énergétique (stockage, flexibilité).
- Le développement de l’hydrogène vert suppose un fort déploiement préalable des énergies renouvelables et/ou du nucléaire, ainsi qu’une maîtrise de la demande (sobriété, efficacité énergétique).
En France, les scénarios « Futurs énergétiques 2050 » de RTE prévoient que l’hydrogène décarboné pourrait représenter entre 10 et 20 % de la consommation finale d’énergie en 2050, avec une priorité donnée aux usages industriels et aux carburants pour l’aviation et le maritime.
Un autre point important : la temporalité. L’hydrogène vert ne peut pas compenser un retard généralisé sur les mesures de réduction de la demande, l’amélioration de l’efficacité énergétique et l’électrification directe. Son rôle est plutôt de traiter les poches résiduelles d’émissions… à condition que le reste de la transition ait été engagé sérieusement.
Idées reçues, zones d’ombre et points de vigilance
Dans le débat public, plusieurs idées reçues circulent autour de l’hydrogène vert.
- « L’hydrogène vert est forcément neutre en carbone » : c’est faux si l’électricité utilisée n’est pas renouvelable ou bas-carbone, ou si la production d’équipements (électrolyseurs, infrastructures) repose sur des chaînes très carbonées. D’où l’importance de critères stricts de « traçabilité » de l’électricité utilisée.
- « On pourra tout faire à l’hydrogène » : non, pour des raisons de coûts, de rendement et de disponibilité d’électricité bas-carbone. Tous les scénarios sérieux insistent sur la nécessité de prioriser les usages.
- « Il suffit de mettre des électrolyseurs partout » : encore faut-il que le réseau électrique suive, que les renouvelables soient déployées en amont, et que les usages visés aient un vrai intérêt climatique par rapport aux alternatives.
- « L’hydrogène vert va sauver les énergies fossiles » : dans certains cas, l’hydrogène peut effectivement servir à prolonger l’usage de certaines infrastructures (raffineries, gazoducs) sous une forme « décarbonée ». La vigilance citoyenne et réglementaire est donc clé pour éviter des effets d’aubaine et des verdissements de façade.
Ce que l’on sait, en revanche, c’est que sans cadre clair (réglementation, taxonomie, critères de durabilité, suivi des émissions sur l’ensemble du cycle de vie), le risque est réel de voir se multiplier des projets d’hydrogène « bas-carbone » dont l’impact réel sur le climat reste très limité.
Que peuvent faire citoyens, collectivités et entreprises ?
L’hydrogène vert paraît souvent lointain, réservé aux grandes industries ou aux stratégies nationales. Pourtant, les choix qui se prennent à d’autres niveaux influencent directement sa pertinence et son déploiement.
Pour les citoyens :
- Garder un regard critique sur les annonces : un bus à hydrogène ne dit rien, en soi, sur les émissions réelles. D’où vient l’hydrogène ? Est-il vraiment vert, ou issu de gaz fossile ?
- Privilégier les solutions sobres quand elles existent : vélo, transports en commun, voiture électrique partagée, rénovation énergétique… Chaque kWh économisé est un kWh qui n’a pas besoin d’être « transformé » en hydrogène.
- S’informer sur les politiques locales : de plus en plus de régions et de métropoles lancent des « hubs hydrogène ». Comprendre leurs objectifs et leur articulation avec la transition énergétique locale est un enjeu démocratique.
Pour les collectivités :
- Intégrer l’hydrogène dans une vision globale du système énergétique local (production renouvelable, besoins industriels, mobilités, chauffage), plutôt que comme un objet isolé.
- Prioriser les usages où le territoire a un avantage clair : présence d’industries émettrices, ports, grandes plateformes logistiques, corridors de fret, etc.
- Veiller à la transparence sur l’origine de l’hydrogène et les impacts environnementaux (occupation des sols, consommation d’eau, paysage énergétique).
Pour les entreprises :
- Analyser, de manière chiffrée, si l’hydrogène est vraiment la meilleure option par rapport à d’autres solutions (électrification, efficacité, changement de procédé, sobriété). L’effet d’annonce ne doit pas remplacer l’analyse de cycle de vie.
- Travailler sur des projets « systèmes » : par exemple, coupler un parc solaire à une usine fortement consommatrice d’hydrogène, avec partage des infrastructures et pilotage intelligent.
- Anticiper les futures contraintes réglementaires et de reporting sur les émissions, en intégrant dès maintenant des indicateurs d’empreinte carbone complète (scope 1, 2, 3).
Ce qu’il faut retenir sur l’hydrogène vert face à la crise climatique
En résumé :
- Ce que l’on sait :
- L’hydrogène vert peut réduire fortement les émissions là où l’hydrogène fossile est aujourd’hui indispensable (industrie, chimie, engrais).
- Il constitue un levier clé pour certains secteurs difficiles à décarboner : sidérurgie, transports lourds, aviation et maritime via des carburants de synthèse.
- Il a du sens comme solution de stockage et de flexibilité dans un système électrique très renouvelable.
- Ce qui reste incertain :
- La vitesse à laquelle les coûts baisseront vraiment, notamment en Europe.
- La capacité à produire suffisamment d’électricité décarbonée pour couvrir tous les besoins concurrents.
- Les choix politiques qui seront faits en matière de priorisation des usages, de réglementation et de soutien financier.
- Ce qui dépend de nous, collectivement :
- Ne pas laisser l’hydrogène vert devenir un alibi pour ralentir les autres actions de transition (sobriété, efficacité, électrification directe, protection des écosystèmes).
- Exiger de la transparence sur l’origine réelle de l’hydrogène dans les projets publics et privés.
- Inscrire l’hydrogène dans une stratégie cohérente, fondée sur les données, en visant d’abord les usages où il apporte le plus grand bénéfice climatique par kWh et par euro investi.
L’hydrogène vert n’est ni une baguette magique, ni une impasse totale. C’est un outil technologique puissant, à manier avec précision, dans un paysage énergétique où chaque kilowattheure décarboné compte. La question n’est donc pas « pour ou contre l’hydrogène », mais « pour quels usages, avec quelle électricité, à quel coût, et au détriment de quelles alternatives ? ».