La voiture à hydrogène est-elle écologique ?

Quels sont les impacts environnementaux d’une voiture à hydrogène ? La voiture à hydrogène est-elle plus écologique qu’une voiture électrique ou qu’une voiture thermique ? On fait le point.

Un peu partout dans le monde, entreprises et gouvernements misent sur l’hydrogène vert. Ce vecteur énergétique est régulièrement présenté comme la solution aux défis de la transition énergétique et écologique. On en parle pour l’avion de demain, pour l’industrie de demain, mais aussi pour la voiture. La voiture à hydrogène ? Mais comment fonctionne-t-elle ? Est-elle réellement écologique ? Quels sont ses impacts environnementaux ? Est-elle plus « verte » que la voiture électrique ?

Prenons le temps de creuser un peu les spécificités de cette technologie émergente qu’est la voiture à hydrogène, pour comprendre sa place dans la transition écologique.

Comment fonctionne une voiture à hydrogène ?

Pour bien comprendre, il faut d’abord avoir en tête ce qu’est une voiture à hydrogène. Et donc d’abord, ce qu’est l’hydrogène. L’hydrogène (ou plutôt dihydrogène) est un gaz de formule chimique H2. En théorie, on peut utiliser l’hydrogène comme une énergie, plus précisément comme un carburant, pour déplacer des véhicules. C’est ce qui est parfois utilisé pour faire décoller les fusées par exemple. Mais lorsque l’on parle d’hydrogène dans le cas des voitures, le gaz n’est pas utilisé directement comme énergie ou carburant mais comme vecteur énergétique. En gros, on l’utilise pour produire de l’énergie (en l’occurence de l’électricité) qui servira à alimenter un moteur.

Une voiture à hydrogène, c’est donc une voiture à moteur électrique, mais dans laquelle l’électricité ne provient pas d’une batterie, mais d’une pile à combustible, qui transforme de l’hydrogène en électricité. Si l’on dispose d’hydrogène, il ne reste donc qu’à le stocker dans un réservoir dans le véhicule, et le relier à une pile à combustible pour produire de l’électricité grâce à une réaction chimique. Ce processus chimique a la particularité d’être « propre » : en gros, la réaction chimique dans la pile à combustible ne rejette que l’eau.

Quels sont les impacts environnementaux d’une voiture à hydrogène ?

La voiture à hydrogène n’émet donc pas de gaz à effet de serre ou de polluants pendant qu’elle roule. Pour autant, cela ne signifie pas que la voiture à hydrogène soit « écologique » ou « propre » ou encore « verte ». En effet, comme pour la voiture électrique ou la voiture thermique, la voiture à hydrogène a des impacts environnementaux liés à la production de la voiture, à la production de la pile à combustible et surtout, à la production de l’hydrogène. Et ces impacts environnementaux peuvent être conséquents.

Les impacts liés à la production du véhicule à hydrogène et de sa pile à combustible

Il y a d’abord toutes les conséquences environnementales liées à la production du véhicule. Fabriquer un véhicule à hydrogène et sa pile à combustible demande de l’énergie, des ressources. Il faut extraire des matériaux et mettre en oeuvre des procédés industriels.

Tout cela engendre des impacts environnementaux : évidemment, des gaz à effet de serre, puisque l’on utilise de l’énergie, mais aussi des polluants divers, ainsi que des impacts sur les écosystèmes et la biodiversité. Pour l’instant, il est difficile d’évaluer avec précision ces impacts car les données scientifiques sont lacunaires dans la mesure où l’on produit encore peu de voitures à hydrogène. Mais on dispose d’ores et déjà quelques études sur l’impact carbone de la production d’une voiture à hydrogène. Selon l’institut Allemand spécialisé dans l’énergie Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), la production d’une voiture à hydrogène émettrait environ 5-7 tonnes de CO2. Soit à peu près le même ordre de grandeur que la production d’une voiture thermique, et un peu moins qu’une voiture électrique, qui se situe autour de 6-8 tonnes par véhicule.

Les impacts liés à la production de l’hydrogène

Une fois la voiture produite, il faut ensuite produire son « carburant » ou plutôt son vecteur énergétique : l’hydrogène. Et là non plus, les choses ne sont pas toutes vertes. Pour produire de l’hydrogène, deux possibilités. On peut utiliser le reformage du méthane, c’est-à-dire transformer du gaz, notamment du gaz naturel (une énergie fossile) en hydrogène. C’est ainsi qu’est produit 90% de l’hydrogène mondial, que l’on appelle alors hydrogène gris (ou hydrogène bleu lorsque l’on y ajoute un système de capture du carbone). Dans ce cas, le processus est assez polluant, en plus de nécessiter l’usage d’énergies fossiles, donc non renouvelables.

Autre possibilité : faire l’électrolyse de l’eau, c’est-à-dire utiliser de l’électricité pour transformer des molécules d’eau en molécules d’hydrogène. Dans ce cas, il faut donc d’abord disposer d’électricité. Une fois que l’on a cette électricité, on l’utilise pour électrolyser de l’eau, et la transformer en hydrogène. Les impacts de l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau dépendent alors essentiellement de la nature de l’électricité utilisée pour produire l’hydrogène.

De la même façon qu’avec une voiture électrique, si l’électricité utilisée pour produire l’hydrogène est polluante, alors les impacts seront très élevés. On ne parle d’hydrogène « vert » que lorsque l’hydrogène est produit par électrolyse de l’eau avec de l’électricité « bas carbone ». Mais même en utilisant une électricité relativement « écologique » ou « bas carbone » (énergies renouvelables ou nucléaire), les impacts de la production d’hydrogène restent assez importants. En effet, les rendements de la production d’hydrogène sont faibles. En gros, à chaque étape de la production d’hydrogène (y compris le transport de l’hydrogène, sa compression, sa transformation dans une pile à combustible), une partie de l’énergie est perdue, ce qui veut dire qu’il faut d’assez grandes quantités d’électricité pour produire une petite quantité d’hydrogène. Avec un rendement global autour de 30%, cela signifie que la production d’hydrogène pour une voiture pollue au moins 3 fois plus que l’électricité qui a servi à le produire. Ce qui n’est donc pas négligeable.

À cela, il faut rajouter les autres impacts de la production d’hydrogène : l’impact environnemental des fuites d’hydrogène dans l’atmosphère, l’usage de ressources et de métaux liés à la production d’électricité renouvelable nécessaire à la production d’hydrogène, etc.

Pour plus d’informations : L’hydrogène vert est-il écologique ?

La voiture électrique est-elle écologique ?

La voiture à hydrogène n’est donc pas « écologique » au sens où elle n’aurait pas d’impact sur l’environnement. La voiture à hydrogène est polluante si l’on regarde l’ensemble de son cycle de vie, et elle peut l’être plus ou moins en fonction de la manière dont est produit la voiture et l’hydrogène. Mais alors, la voiture à hydrogène pollue-t-elle plus ou moins que les autres types de véhicules disponibles, notamment la voiture thermique (essence ou diesel) et la voiture électrique ? La comparaison n’est pas toujours simple, car cela dépend des hypothèses que l’on prend.

La voiture à hydrogène pollue-t-elle moins qu’une voiture thermique ?

En première approximation, on peut dire que la voiture à hydrogène polluera probablement moins qu’un véhicule essence ou diesel. Mais en réalité, cela dépend de la façon dont est produit l’hydrogène. Si l’hydrogène est issu du reformage des énergies fossiles, le bilan en matière d’émissions de gaz à effet de serre est, d’après l’étude ISE, à peine meilleur que celui d’un véhicule diesel. À l’inverse, si l’hydrogène est produit à partir d’électricité bas carbone (éolien et solaire) alors la voiture à hydrogène fait nettement mieux que le véhicule thermique.

En France, par exemple, on peut estimer à partir des données de l’ADEME qu’un véhicule roulant avec un hydrogène produit avec de l’électricité française (largement bas carbone) serait un peu plus de deux fois moins émetteur de gaz à effet de serre qu’un véhicule roulant à l’essence.

La voiture à hydrogène pollue-t-elle moins qu’une voiture électrique ?

Si l’on veut comparer la voiture à hydrogène à la voiture électrique en termes d’impacts environnementaux, les choses sont encore plus difficiles. En effet, tout dépend, d’un côté, de la façon dont a été produit l’hydrogène, et de l’autre, de la façon dont a été produite l’électricité utilisée pour recharger la batterie du véhicule électrique. Dans un cas comme dans l’autre, tout dépend donc du « mix électrique » utilisé. Tout dépend aussi de la puissance de la batterie du véhicule électrique : plus la batterie est importante, plus elle est polluante.

Si l’on compare, comme le fait l’étude ISE, des mix électriques différents et des puissances différentes, on peut obtenir des résultats contrastés. Par exemple, une voiture électrique avec une batterie surpuissante (90 kWh, soit plus que la plus grosse batterie d’une Tesla Model 3) et dont l’électricité aurait été produite par des sources polluantes, génèrerait trois fois plus de gaz à effet de serre sur son cycle de vie qu’une voiture à hydrogène classique dont l’hydrogène aurait été produit avec de l’électricité bas carbone.

Mais cette façon de calculer est trompeuse. D’abord car il n’existe pratiquement aucune voiture électrique dotée d’une batterie de 90 kWh : seuls les modèles « race car » de Tesla (type Tesla model S P100D) disposent de telles batteries. Une citadine classique, type Zoë dispose plutôt d’une batterie de 52 kWh, quand une petite citadine type Smart Fortwo ne dépasse pas les 20 kWh. Ensuite car pour disposer d’une comparaison juste, il faut comparer des mix électriques équivalents : un hydrogène bas carbone avec une électricité bas carbone.

En réalité, le bilan environnemental de la voiture à hydrogène est plutôt moins bon que celui d’une voiture électrique équivalente et dont les sources de propulsion (hydrogène et électricité) seraient produites dans des conditions écologiques équivalentes. C’est logique, puisque le rendement de la voiture à hydrogène est moins bon que celui de la voiture électrique, comme le confirme une étude Horvath & Partners citée par Volskwagen. Si l’on utilise la même électricité pour la voiture électrique que pour la voiture à hydrogène, il en faudra donc nettement plus pour faire avancer la voiture à hydrogène, ce qui génèrera donc plus de pollutions et de gaz à effet de serre. Ainsi, même si la voiture électrique pollue plus lors de la phase de production du véhicule et de la batterie, la différence se compense assez rapidement dans la mesure où l’hydrogène pollue indirectement plus en phase d’utilisation. En bref : quitte à disposer d’une électricité bas carbone, autant l’utiliser directement pour faire rouler un véhicule que pour la transformer en hydrogène, ce qui engendre des pertes.

Autre point à avoir en tête : les résultats dépendent aussi des hypothèses que l’on prend pour étudier la durée du cycle de vie des véhicules. Si l’on estime, par exemple, que les véhicules étudiés rouleront 100 ou 150 000 km durant leur vie, le résultat sera plus favorable à l’hydrogène (qui pollue moins initialement, mais plus à chaque nouveau kilomètre roulé) que si on estime que les véhicules rouleront 200 ou 300 000 km, où la voiture électrique sera plus performante (puisque sa plus grande pollution initiale sera compensée par une pollution moindre durant chaque kilomètre roulé).

Le virage vers la voiture à hydrogène est-il souhaitable pour la mobilité durable ?

Pour résumer : l’hydrogène, si on parvient à le produire grâce à des sources de production d’électricité bas carbone, peut s’avérer être un mode de transport relativement plus écologique que la voiture thermique, et atteindre pratiquement les performances écologiques d’une voiture électrique. Pour autant, la voiture à hydrogène n’est pas à proprement parler une solution durable pour la mobilité. En effet, malgré un impact écologique moindre comparé à la majorité des véhicules actuels, la voiture à hydrogène a toujours des conséquences écologiques significatives. Outre les émissions de gaz à effet de serre, la voiture à hydrogène génère, comme toutes les voitures individuelles, de grandes consommations de ressources et de matériaux. Les particules fines associées à la conduite restent élevées avec la voiture à hydrogène, bien qu’inférieures aux modèles thermiques. Bref, l’hydrogène ne résout pas tout, loin de là.

Mais surtout, si l’on prend un peu de hauteur, on voit que la voiture à hydrogène pose de nouveaux problèmes écologiques. En effet, les faibles rendement de la production d’hydrogène impliquent de disposer d’une infrastructure très développée de production électrique bas carbone. En d’autres termes, il faudrait énormément d’éoliennes, de panneaux solaires ou de centrales nucléaires pour produire assez d’hydrogène pour alimenter une grande flotte de véhicules à hydrogène. Beaucoup plus que pour alimenter une flotte similaire de véhicules électriques, par exemple. Pour construire cette infrastructure de production électrique bas carbone, il faudrait là encore multiplier les consommations de métaux et matériaux divers, donc augmenter notre pression sur les écosystèmes. Généraliser la voiture à hydrogène impliquerait également de développer massivement l’infrastructure de production et de distribution d’hydrogène : développer des usines d’électrolyse, des dispositifs pour traiter et transporter l’hydrogène, des structures pour recharger les véhicules. Pour autant de matériaux et d’énergie consommés, et autant de pollutions générées.

Mis bout-à-bout, il semble donc que généraliser la voiture à hydrogène pour remplacer de façon massive les véhicules thermiques actuels (et futurs) ne peut à moyen terme qu’augmenter nos impacts écologiques. Difficile donc de voir dans la voiture à hydrogène un remède miracle aux enjeux de la mobilité durable.

La voiture à hydrogène : pour quoi faire ?

On pourrait alors se demander : au fond, à quoi bon développer la voiture à hydrogène, à quoi sert-elle vraiment ? Concrètement, le principal avantage de la voiture à hydrogène est qu’elle dispose d’une plus grande autonomie et d’une recharge plus rapide par rapport à la voiture électrique.

Mais a-t-on vraiment besoin d’une plus grande autonomie que celle qui est déjà disponible avec les véhicules électriques ? Pas vraiment. La majorité des usages de mobilité au quotidien peuvent se satisfaire d’une autonomie d’une centaine de kilomètres, voire de quelques centaines, ce qui est déjà possible avec les véhicules électriques existants. Dans ce cadre, est-il vraiment pertinent du point de vue écologique de recourir à une technologie plus complexe, moins efficiente, moins écologique, simplement pour bénéficier d’une autonomie dont nous n’avons vraisemblablement pas besoin au quotidien ? Évidemment, si l’on se place dans une logique visant à réduire au maximum les impacts écologiques, la réponse est non.

Seuls quelques usages très précis et très ponctuels pourraient permettre à la voiture à hydrogène de prouver son utilité : les trajets de départ en vacances, par exemple. Mais développer toute une nouvelle infrastructure et de nouvelle chaînes de production pour répondre à des besoins ponctuels est-il réellement pertinent ? Là encore, sur le plan écologique, pas vraiment.

La voiture à hydrogène ou l’anti-sobriété

En fait, les données montrent qu’imaginer la mobilité durable de demain implique de se poser la question de la sobriété et de la pertinence des usages : quels modes de transports sont les plus pertinents, les moins polluants, pour quels usages ? Par exemple, a-t-on vraiment besoin continuer à aller chercher sa baguette de pain à 2 km de son domicile en voiture ? La voiture individuelle est-elle un mode de transport pertinent dans une grande ville dotée de transports en commun et de voies cyclables ? A-t-on vraiment besoin de véhicules si imposants et si lourds pour se déplacer au quotidien, quand on sait qu’un véhicule roule en général pratiquement vide ?

Il s’agit ici de penser « moins » au lieu de « toujours plus », car c’est la seule manière efficace de porter un modèle de transports en phase avec les limites planétaires. Or miser sur la voiture à hydrogène, c’est faire exactement l’inverse. C’est faire le choix de véhicules conçus pour aller toujours plus loin, se recharger toujours plus vite. C’est faire le choix d’une énergie certes pratique pour le citoyen, sans la contrainte de l’autonomie et de la recharge, mais qui demande toujours plus d’électricité. Toujours plus d’éoliennes, toujours plus de panneaux solaires. Et donc toujours plus de mines, de machines, et de dégradations environnementales.

D’une certaine manière, la voiture à hydrogène c’est la voiture anti-sobriété, celle dont rêvent ceux qui voudraient perpétuer encore pour des siècles le modèle de la voiture d’aujourd’hui, sans rien changer : cette voiture individuelle, soit disant symbole de liberté, qui règne sans partage sur l’espace public.

Quelle place pour l’hydrogène dans une mobilité écologique ?

Alors, les questions qu’il faut se poser sont sans doute les suivantes : quelle place pourrait ou devrait prendre l’hydrogène dans la mobilité durable du futur ? Dans quelles conditions un véhicule à hydrogène permet-il de répondre au mieux à nos besoins de transport que les autres moyens de transport ? Dans quelles conditions est-il la meilleure alternative ?

Si pour la mobilité du quotidien, la voiture à hydrogène semble être une solution moins efficace que la voiture électrique, l’hydrogène peut tout de même s’avérer utile pour le transport. C’est le cas en particulier pour les déplacements longue distance pour lesquels l’électrique n’est pas pertinent. Ainsi, l’hydrogène peut être une solution pour faire baisser l’empreinte carbone dans le transport de marchandise, le transport de passager routier sur de longues distance, ou le transport maritime et même le transport aérien.

Mais pour que cela soit réellement « écologique » il faut que le déploiement de l’hydrogène dans ces secteurs soit pensé, là encore, dans une logique de sobriété, c’est-à-dire qu’il s’accompagne d’une réflexion de fond pour chercher à réduire nos besoins. Il ne s’agit pas simplement de chercher à remplacer tous les avions du monde par des avions à hydrogène, et même d’en profiter pour développer encore plus de transports par avion. Au contraire, il s’agit de voir comment réduire au maximum les déplacements en avion, et d’utiliser l’hydrogène comme solution de dernier recours pour les avions dont on ne pourra pas se passer.

C’est donc une logique extrêmement différente de celle qui est actuellement défendue par beaucoup de promoteurs de l’hydrogène. Dans ces discours, l’hydrogène apparaît souvent comme une manière de perpétuer à tout prix les modes de déplacements contemporains, sans se poser la question de la sobriété ou de nouveaux paradigmes. La voiture hydrogène serait zéro-carbone, et devrait permettre d’éviter de remettre en cause la place prédominante de la voiture dans nos sociétés. L’avion hydrogène serait zéro-carbone et permettrait de continuer à développer massivement le transport aérien. En réalité, ces affirmations sont des miroirs aux alouettes, et ne correspondent pas aux données scientifiques actuelles, ni aux projections réalistes sur le plan écologique.

Il faut donc dire les choses clairement : oui, la voiture à hydrogène est plus écologique qu’une voiture essence (si tant est que l’hydrogène soit produit dans de bonnes conditions), mais non, la voiture à hydrogène n’est pas une solution miracle pour la mobilité durable. Et ce ne sont pas les milliards que l’on investit actuellement dans son développement qui changeront cela.

Photo par Alessio Lin sur Unsplash