Avant de grimper à bord de nos multicoques, intéressons-nous d’abord à ce qui se passe à terre ; si de nombreux acteurs majeurs de l’industrie se tournent vers la production d’hydrogène, ce n’est pas seulement pour viabiliser la mobilité électrique et répondre aux objectifs ambitieux de réduction des gaz à effet de serre. C’est également pour accompagner et optimiser le développement de la production d’énergie verte – en particulier le solaire et l’éolien. Avec respectivement 24 et 17 % d’augmentation de production électrique en 2023, ces deux sources d’énergie atteignent désormais près de 15 % du mix mondial. Un des prochains défis sera de gérer le niveau de production, forcément fluctuant ; le surplus d’électricité qui ne serait pas consommé directement pourrait servir à produire de l’hydrogène par électrolyse. Il deviendrait possible de stocker une énergie propre plutôt que de la perdre.
Les différents modes de production de l’hydrogène
L’hydrogène (H) est un gaz très léger dont la formule chimique est H2. Très inflammable, il est inodore, incolore, non toxique et non corrosif. A l’état naturel, il est généralement combiné avec d’autres atomes : on le trouve notamment dans l’eau (H2O), le pétrole (hydrocarbures HC) ou encore le gaz naturel (composition CH4). Des procédés chimiques permettent de séparer l’hydrogène de ces éléments auxquels il est associé.
On distingue ces différentes méthodes grâce à des codes couleurs – encore variables selon les pays dans l’attente d’un consensus mondial.
- L’hydrogène vert est fabriqué par électrolyse de l’eau à partir d’électricité provenant uniquement d’énergies renouvelables.
- L’hydrogène gris est fabriqué par procédés thermochimiques avec comme matières premières des sources fossiles (charbon ou gaz naturel).
- L’hydrogène bleu est fabriqué de la même manière que l’hydrogène gris, à la différence que le CO2 émis lors de la fabrication sera capté pour être réutilisé ou stocké.
- L’hydrogène jaune, plus spécifique à la France, est fabriqué par électrolyse comme l’hydrogène vert, mais l’électricité provient essentiellement de l’énergie nucléaire.
La consommation mondiale d’hydrogène est aujourd’hui d’environ 100 millions de tonnes, représentant moins de 2 % de la consommation mondiale d’énergie.
L’hydrogène est considéré comme un « vecteur énergétique », car il offre la possibilité, après avoir été produit, d’être stocké, transporté et utilisé. L’énergie contenue dans ce gaz peut être récupérée de deux manières : en le brûlant ou par une pile à combustible. Il sert par ailleurs comme intrant dans certains procédés utilisés dans l’industrie. Grâce à l’avènement de nouvelles technologies – en particulier des piles à hydrogène –, l’hydrogène offre un large panel d’usages, du stockage de l’énergie à la fourniture d’électricité pour des bâtiments ou encore pour l’alimentation de véhicules.
Un pari loin d’être gagné d’avance
Aujourd’hui, 95 % de l’hydrogène est produit à partir d’énergie fossile (pétrole, gaz naturel et charbon). C’est la solution la moins coûteuse. L’électrolyse de l’eau ne représente pour l’instant que 4 % de l’hydrogène produit, et moins de 1 % l’est à partir de l’électricité verte (solaire, éolienne, hydrolienne) ne rejetant que très peu de CO2. On obtient un cycle vertueux n’utilisant le pétrole que dans les matériaux composant les appareillages eux-mêmes. Une installation du type ferme solaire ou moulin à électrolyse peut donc produire de l’hydrogène « renouvelable ou décarboné ». Cela fait partie des solutions clefs pour atteindre la neutralité carbone en remplaçant l’hydrogène fossile utilisé comme intrant dans l’industrie de la chimie et des engrais d’une part, mais aussi en mettant en place de nouveaux usages dans l’agriculture et la mobilité.
Automobiles, camions… nous nous rapprochons de nos multicoques !
Seulement voilà, tout n’est pas si simple. Les voitures à hydrogène ont fait des progrès considérables, mais elles restent très chères.
Quant à la fabrication et à la distribution de l’hydrogène, ce point reste problématique. La tentation est grande d’utiliser de l’hydrogène « sale », ce qui n’avance à rien, et l’hydrogène « propre », lui, coûte cher en énergie. Il faut aujourd’hui 1 l d’eau et 5 kWh d’électricité pour fabriquer 1 000 l d’hydrogène sous forme de gaz à la pression atmosphérique. Il faut ensuite com- primer ce gaz à 700 bars pour une utilisation automobile. Puis convertir cet hydrogène en électricité grâce à la pile à combustible (le rendement est de l’ordre de 60 %). Au final, il ne reste plus que 1,53 kWh sur les 5 kWh d’électricité initiaux – ça fait cher le stockage. D’autre part, le transport de l’hydrogène reste problématique en raison de sa très faible densité volumique (0,09 kg/m3). Pour obtenir l’équivalent énergétique d’un camion-citerne d’essence, il faut 22 camions identiques d’hydro- gène pressurisé à 200 bars. La seule solution viable est donc la production d’hydrogène in situ. C’est ce que font beaucoup de stations implantées en Europe, mais elles ne fabriquent pas forcément l’hydrogène à partir d’énergies renouvelables ! Celles qui y parviennent, comme les stations du réseau Uno-X en Norvège et au Danemark, vendent le kilo d’hydrogène aux alentours de 10 €.
L’hydrogène ne s’adresse donc pas encore, pour l’heure, aux particuliers. La voiture à hydrogène est en revanche cohérente au sein d’un complexe industriel, pour les transports ferroviaire et maritime de fort tonnage – à condition de disposer des infrastructures adaptées.
La quête de l’hydrogène vert à bord
Maintenant que les problématiques complexes de la production d’hydrogène ont été dévoilées, nous pouvons enfin (re)monter à bord de nos multicoques, où nous disposons d’eau de mer à volonté et d’énergie (parfois même excédentaire). C’est précisément ce dont nous avons besoin pour produire de l’hydrogène. Le seul hic, c’est qu’on a besoin de beaucoup, beaucoup d’électricité pour produire de l’hydrogène. Pas évident à bord d’un voilier, mais possible, comme l’a prouvé Victorien Erussard à bord d’Energy Observer.
L’entrepreneur français a travaillé avec l’aide du CEA (Commissariat à l’énergie atomique) pour y parvenir. A bord de ce catamaran long de 30 mètres (l’ancien TAG Heuer puis Enza), un électrolyseur fonctionne avec l’énergie fournie par les 150 m² de panneaux solaires, deux éoliennes et les arbres d’hélices en mode hydrogénération. « Les 8 réservoirs de 332 l permettent de stocker un total de 63 kg d’hydrogène, soit l’équivalent en énergie de 230 litres de gazole. Ce volume représente une énergie globale nette stockée de 1 MWh », explique l’équipe d’Energy Observer. L’hydrogène agit en prolongateur d’autonomie sur le long terme, alors que les batteries fournissent une énergie immédiate court terme. L’installation d’Energy Observer permet également de quantifier l’avantage massique de l’hydrogène en comparaison des batteries : « Alors que le parc batteries pèse 1 400 kg pour 112 kWh, le stockage hydrogène et la pile à combustible pèsent au total 1 700 kg pour 1 000 kWh.
Rapporté au kilogramme, 1 kWh pèse donc 12,5 kg lorsqu’il est stocké dans des batteries, et seulement 1,7 kg lorsqu’il est stocké sous forme d’hydrogène. En d’autres termes, cela signifie qu’à poids égal, le stockage hydrogène contient 7,35 fois plus d’énergie que le stockage batterie, soit un atout considérable pour la mobilité, qu’elle soit maritime, terrestre, ou même aérienne. »
Selon l’architecte Marc Van Peteghem, les ailes Oceanwings d’Energy Observer sont capables d’assurer une vitesse moyenne de quinze nœuds à la plate-forme très performante. A cette vitesse, bien supérieure à celle que nos catamarans de croisière de grande série – y compris les plus grands – peuvent atteindre, la production hydroélectrique est très importante (environ 4 kWc, soit potentiellement 100 kWh de production sur 24 heures). Cette énergie permet d’assurer le cycle de production d’hydrogène. Quand il n’y a pas assez de vent, ou quand, au début de son périple, Energy Observer n’était pas encore équipé de ses ailes, la seule solution était de produire l’hydrogène quand le catamaran était branché au quai. La longue mise au point qui a été réalisée pendant les grandes traversées de ce multicoque expérimental depuis 2017 a permis la création de EODev ; cette société a réalisé, en partenariat avec Toyota, le développement de REXH2, la première pile à combustible destinée au marché de la mobilité individuelle – et donc de la plaisance par extension. Un premier prototype de bateau à moteur électrique a été réalisé en 2021 avec la société Hynova pour valider le concept et poursuivre les recherches. En 2023, c’est Fountaine Pajot qui en installe une à bord d’un Samana 59 destiné à la société de charter Tradewinds. Cette année, Sunreef Yachts a également exploité la fameuse pile à combustible REXH2 à bord d’un 80 ECO zéro émissions.
La quête de l’hydrogène vert à terre
Ces deux luxueux catamarans de croisière sont capables de tenir par bonne brise des moyennes de 10 nœuds sous voile, mais pas les 15 d’Energy Observer. Il devient difficile, dans ces conditions, de produire de l’hydrogène en navigation. On comptera donc sur un approvisionnement à terre. Mais, comme on l’a vu plus haut, fournir de l’hydrogène n’est pas simple à terre – ce qui s’avère déjà très complexe pour les automobiles le devient plus encore pour les bateaux ! Tradewinds souhaiterait produire de l’hydrogène vert à partir d’énergies solaire et éolienne sur ses bases de flottes de location. Mettre en place un tel maillage de bornes d’hydrogène, à l’image des Superchargeurs de Tesla, est évidemment la bonne solution. Reste que, pour l’heure, le coût d’une station qui parvient à fabriquer de l’hydrogène « renouvelable », comme les stations du réseau Uno-X, avoisine un million d’euros. C’est quand même cher par rapport à une borne de charge ultrarapide (350 kW) qu’on peut installer contre 50 000 €. Ne parlons pas du budget nécessaire pour tirer une simple prise de quai…
Dans ce contexte, pourquoi lancer des multicoques « à hydrogène » si on ne peut pas les recharger facilement ? Mathieu Fountaine, directeur délégué du chantier qui a construit le Samana 59 prototype, nous répond : « L’hydrogène, ce ne sera pas vraiment opérationnel avant dix ans, mais il faut commencer à s’accoutumer avec cette technologie si l’on veut mettre les toutes chances pour que cela puisse bien fonctionner un jour. »
Le développement de cette technologie dépendra assurément du développement d’infrastructures locales de production et de ravitail- lement en hydrogène vert, mais également des évolutions technologiques des voiliers eux-mêmes et des équipements du bord.
Alléger les bateaux et pouvoir profiter des foils, consommer moins… autant de pistes ouvertes !
Samana 59 Smart Electric REXH2 : L’hydrogène s’invite à bord !
Notre vidéo :
A partir d’un Samana 59 standard, les équipes de Fountaine Pajot et d’EODev ont mis au point et installé un groupe électro-hydrogène d’une puissance nominale de 70 kW. Avec l’appui de 42 m2 de panneaux solaires, ce générateur de 300 kg installé dans la cale arrière tribord alimente sans un bruit une batterie LiFePO4 (lithium-fer-phosphate) de 64 kWh – comparable à celle qui équipe une berline électrique haut de gamme, elle pèse 350 kg. Les moteurs retenus offrent 50 kW chacun.
Les 7,5 kg d’hydrogène sont stockés à 350 bars dans des réservoirs spécifiques en carbone – chaque tube ne pèse que 30 kg ! L’autonomie électro-hydrogène est de 40 heures au mouillage et de 10 heures à une vitesse de 5 nœuds.
Evidemment, l’énergie des panneaux solaires et surtout l’hydrogénération lors de la navigation sous voile sont en mesure d’augmenter considérablement ces valeurs « brutes ». En cas de problème, un petit groupe électrogène et 700 litres de carburant sont embarqués. En usage standard, ce catamaran devrait être autonome et surtout capable de ne pas rejeter d’émissions carbonées pendant une semaine, ce qui correspond à peu près à la moitié de l’autonomie du modèle standard, équipé de 2 moteurs de 110 CV, 2 générateurs de 15 kW et 1 400 litres de gazole. Précisons que le déplacement en charge du Samana 59 Smart Electric REXH2 n’est pas beaucoup plus élevé que celui du catamaran de série. Le grand catamaran a rejoint les Caraïbes, où il est exploité en charter par Tradewinds ; c’est en effet Magnus Lewin, le directeur général de cette société spécialisée dans la location à la cabine sous forme d’abonnement, qui s’est porté acquéreur de ce Samana avant-gardiste. Précisons que Tradewinds a commandé une dizaine de catamarans électriques de série à Fountaine Pajot, tout comme le leader mondial de la location Dream Yacht Worldwide.
Sunreef 80 ECO Hydrogen : Un pas de plus vers le forever green
La marque polonaise est très impliquée dans la transition énergétique, puisque désormais la gamme ECO représente la moitié des ventes… Le constructeur a décidé de franchir une nouvelle étape en intégrant la pile à combustible REXH2 proposée par EODev.
Le Sunreef 80 ECO ainsi équipé devient une véritable vitrine des solutions green développées et validées par le constructeur.
Le parc de batteries lithium sur mesure de 440 kWh est déjà alimenté de 32 kWc de cellules photovoltaïques. La pile à combustible de 75 kW puise son carburant dans les six réservoirs en carbone – ils contiennent en tout 55 kg d’hydrogène compressé à 350 bars.
Nicolas Lapp, le directeur développement, nous précise que ce 80 a obtenu la certification de navire commercial. Pour autant, l’obtention du fameux label auprès de la Royal Institution of Naval Architects (RINA) n’a pas été simple, car les inspecteurs, n’ayant pas encore de références avec la technologie de la pile à combustible, ont dû procéder à de nombreuses procédures d’analyses de risques spécifiques. Le commanditaire est heureusement un acteur industriel de la filière de l’hydrogène – il a donc patienté sans sourciller pendant de longs mois avant la livraison afin que son multiyacht puisse être soumis à une batterie de tests, lesquels ont duré plusieurs mois.
A noter : le constructeur a dévoilé un projet technologique plus exigeant encore pour son département R&D ; le Sunreef Zero Cat de 90 pieds devrait en effet être capable, à l’instar d’Energy Observer, de produire son propre hydrogène à bord.
