Le train, l’hydrogène et la courbe de Gartner

Depuis 2018, les trains à hydrogène sont en service commercial en Allemagne et sont testés aux Pays-Bas, en France et au Royaume-Uni. Ils sont commercialisés comme « verts » car la seule émission qu’ils produisent en fonctionnement est la vapeur. Pas de pollution sale dans nos villes et dans les gares. C’est exactement ce que recherchait nos politiciens pour répondre au grand mouvement climatique du moment. Ils ont donc imaginé de produire ce nouveau carburant miracle partout où c’est possible. L’hydrogène est soudainement devenu la coqueluche du moment.

Credit photo: Jeremy Kemp via wikipedia

L’excellent Roger Ford de Modern Railway nous rappelait en mars dernier le fameux cycle de Gartner. Bien que sujette à quelques critiques académiques, cette courbe peut être appliquée à toute forme d’engouement, dont les spécialistes de la communication sont si friands. Que nous apprend ce graphique ? Il montre qu’une percée technologique potentielle donne le coup d’envoi d’un nouvel engouement et provoque rapidement un pic d’attentes démesuré. Ce fut le cas avec le véhicule autonome. Après quoi, un creux de désillusion s’installe et l’intérêt diminue à mesure que les expériences et les mises en œuvre ne donnent pas de résultats. Certaines startups de la technologie s’effondrent ou échouent. Puis, un renouveau prend la forme d’une courbe remontante, lorsque la technologie est mieux comprise et que les fournisseurs proposent des produits mieux maîtrisés.

En quoi cela peut-il être appliqué avec l’hydrogène ? Tout simplement parce que les politiciens se sont emparés de ce carburant pour pondre des grands plans de décarbonation. On en est aujourd’hui au « pic d’attente démesurée » de la courbe de Gartner. L’hydrogène est en effet présenté comme le maillon essentiel de la transition du secteur énergétique des combustibles fossiles vers des sources propres et renouvelables. En conséquence, les pays et les entreprises investissent massivement dans la recherche pour rendre l’hydrogène commercialement viable, en particulier dans les industries qui consomment beaucoup d’énergie et polluent beaucoup.

Une bataille de communication s’est engagée entre le moteur diesel et l’hydrogène. Prenons pour exemple Daimler, qui signa en décembre 2020 une déclaration avec 6 autres constructeurs pour cesser de vendre des véhicules à combustible fossile d’ici 2040. Mais sur son site, Daimler fait valoir qu’il vaut la peine d’améliorer davantage le diesel plutôt que de l’interdire. Alors quoi ?

Cette comparaison avec le moteur diesel intéresse hautement le secteur ferroviaire, principalement dans les pays qui ont un réseau peu électrifié. Comme le rappelle une étude de l’Ademe, sur les 30.000 km composant le Réseau National Ferroviaire (RFN), la moitié des voies sont non électrifiées. Ces voies sont principalement localisées sur des lignes régionales. Le diesel représente encore 25% de l’énergie consommée par les rames TER et est responsable de 75% de leurs émissions de CO2. La SNCF et les Régions ont lancé le projet TER H2 qui vise à déployer commercialement la toute première flotte de trains hydrogène régionaux bimode, (Régiolis PPM bimode H2) dans plusieurs régions françaises pilotes. Ces trains fonctionnent uniquement en traction électrique grâce aux caténaires sur les portions électrifiées des voies et grâce à l’hydrogène sur les portions non électrifiées. Cependant, la question de la production de l’hydrogène, qui n’est à la base pas un problème ferroviaire en soi, demeure entière.

Environ 70 millions de tonnes métriques d’hydrogène sont déjà produites dans le monde chaque année pour être utilisées dans le raffinage du pétrole, la production d’ammoniac, la fabrication d’acier, la production de produits chimiques et d’engrais, la transformation des aliments, la métallurgie, etc. La production d’hydrogène gris et bleu est responsable annuellement de 830 millions de tonnes d’émissions de CO2, soit l’équivalent des émissions du Royaume-Uni et de l’Indonésie réunis. C’est loin d’être négligeable. Actuellement, l’hydrogène vert – celui qui est nécessaire pour atteindre le niveau net zéro d’ici 2050 – représente moins de 4 % de tout l’hydrogène produit. L’augmentation de la production serait coûteuse, et elle est entravée par une multitude de problèmes techniques dans la chaîne d’approvisionnement.

Scania, fournisseur de véhicules routiers à batterie et à pile à combustible, a déjà annoncé que l’utilisation de l’hydrogène pour de telles applications sera limitée à l’avenir, car il faut trois fois plus d’électricité renouvelable pour alimenter un camion à hydrogène qu’un camion électrique à batterie. Une grande quantité d’énergie est en effet perdue dans la production, la distribution et la reconversion en électricité.

La production verte de l’hydrogène pose aussi de nombreuses questions liées à la quantité des parcs éoliens qui ne pourront pas s’étendre à l’infini en raison des zones urbanisées et des oppositions de riverains. Il y a aussi les lieux où s’effectuera l’électrolyse, ainsi que les pipelines qui amèneront l’hydrogène vers les stations de ravitaillement, forcément éloignées des parcs éoliens. L’hydrogène est beaucoup moins dense que l’essence, il est difficile à transporter. Il doit soit être refroidi à -253 ° C pour le liquéfier, soit être comprimé à 700 fois la pression atmosphérique pour pouvoir être délivré sous forme de gaz comprimé. Actuellement, l’hydrogène est transporté par des pipelines dédiés. Tout cela a un coût et peut prendre du temps pour les permis. De plus, l’arrêt probable de la motorisation thermique pour 2035 ou 2040 selon les sources, signifierait un gigantesque parc de voitures électrique à charger chaque jour. Y aura-t-il une petite place pour l’électrolyse ferroviaire dans cette gigantesque production, et à quel prix ? Rien n’est encore certain à ce jour…

« Une transition énergétique basée sur l’hydrogène ne se fera pas du jour au lendemain », confirmait un rapport de l’Irena en 2019 (Agence internationale pour les énergies renouvelables). « L’utilisation de l’hydrogène ciblera des applications spécifiques. La nécessité d’une nouvelle infrastructure d’approvisionnement dédiée pourrait limiter son utilisation. » On serait donc bien en bas de la courbe, du côté des désillusions…

Cela dit, la traction par pile à combustible est susceptible d’avoir sa place sur les lignes peu fréquentées où l’électrification, même à moindre coût, n’est pas viable. Mais il s’agit d’une part limitée et l’économie réalisée comparé au total à décarboner est minime. Si on accepte cette analyse, on peut alors se retrouver dans la courbe ascendante, celle où l’idée de départ est actualisée à l’aune des constats des chiffres de coûts/bénéfices. En 2021, nous en sommes encore toujours au stade d’une certaine euphorie (le haut de la courbe de Gartner), alors que l’on sait notamment que l’énergie éolienne est instable selon la météo et de surcroît, fort dépendant des subventions publiques. Il arrivera un moment où les bonnes questions vont commencer à se poser…

La conclusion qu’on peut raisonnablement tirer est que l’électrification traditionnelle par caténaire est – et sera -, appelée à faire le gros du travail de décarbonation du chemin de fer. Le train à hydrogène occuperait une place minoritaire selon les pays. Au Royaume-Uni, sur les 9.855 kilomètres de lignes non-électrifiées, Network Rail aurait estimé en septembre 2020 que seuls 900 kilomètres seraient susceptibles d’être éligibles au train à hydrogène et 400 autres aux trains à batteries. Le reste des lignes non-électrifiées, devrait donc accueillir la caténaire 25kV quoiqu’on en juge. En France, l’étude Ademe semble plus audacieuse et a identifié 34 lignes susceptibles d’être compatibles avec la technologie à hydrogène, mais il est vrai que nous sommes au pays d’Alstom, ce qui peut signifier beaucoup de choses (1)… Cela dit, il est possible que le kilométrage pour le train à hydrogène soit encore plus important à l’avenir si des progrès importants sont réalisés dans l’électrolyse et dans les prix de fourniture du carburant vert. Cela reste très difficile à estimer de nos jours.

Il est évident que le calcul d’une électrification – ou non -, par caténaire, va fortement varier en fonction des politiques menées et des finances publiques disponibles. Le poids du lobby de l’hydrogène pourrait jouer plus favorablement dans certains pays que dans d’autres et les parcs éoliens n’ont pas la même densité partout. Au final, la politique ferroviaire jouera également un rôle, dans le fait de savoir s’il faut maintenir des petites lignes locales à coût raisonnable et quel gain tout cela apportera à la collectivité.

Alors, le battage médiatique autour de l’hydrogène est-il justifié? La réponse est oui, mais le battage médiatique doit être dirigé vers les lignes ferroviaires adéquates. Ne faisons pas du train à hydrogène la nouvelle idéologie à la mode mais conservons au maximum notre sens du pragmatisme.

(1) Lors d’une récente commande, le Secrétaire d’État Jean-Baptiste Djebbari déclarait que «La France a tout pour devenir un champion de l’hydrogène : le Gouvernement est pleinement engagé pour faire de cette ambition une réalité. Nous financerons les frais de développement du premier train régional à hydrogène français à hauteur de 47 millions d’euros.» L’étude Ademe ne disait pas autre chose en écrivant que «au niveau économique et stratégique, l’expertise française du train hydrogène peut être valorisée à l’international. Le déploiement du Coradia iLint en Allemagne et le projet de déploiement en France permettent de conforter le savoir-faire français pour répondre aux demandes de verdissement ferroviaire en Europe et à l’international. ».

Source: www.mediarail.wordpress.com

Auteur: Frédéric de Kemmeter

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