Enjeux de l'hydrogène, écosystème et géopolitique

À l’issue de la formation, le stagiaire connaît les méthodes et enjeux de production, distribution et stockage d’hydrogène, l’état de l’art industriel, le business existant et celui qui se construit, les enjeux géopolitiques et stratégiques, ainsi que les retombées économiques et sociales. Puis, il maîtrise de façon plus profonde l’état des lieux à échelle mondiale du marché de l’hydrogène pour les transports, avec ses perspectives, incertitudes et principaux freins et leviers

Une évaluation de validation des acquis avec retour du formateur sera réalisée à la fin de la session, sous la forme de QCM, questions ouvertes et d’études de cas (on peut en rediscuter)

• Loîc BONIFACIO
• Nassim RIZOUG

Présentation PowerPoint, Vidéos, Études de cas, Exercices

JOUR 1 : Vision d'ensemble 

• Présentation & tour de table des attentes ;

• Idées reçues ;

• Analyses de quelques discours ;

• Conférence d’introduction (2h + Q/R, balaye de façon succincte l’ensemble des sujets de la formation) :

o Un phénomène de hype autour de l’hydrogène ;

o Déjà 4 vagues ;

o Principales caractéristiques physiques ;

o Méthodes de production ;

o Global picture, de la production à la consommation ;

o Réactif vs. Vecteur ;

o Hydrogen Ladder ;

o Différents carburants & technologies ;

o Questions de matériaux ;

o Bilan carbone - à la fabrication ;

o Bilan carbone - à l’usage (well-to-wheel) ;

o Bilan carbone – complet (cradle-to-grave) ;

o Questions économiques ;

o Questions de sécurité & contexte normatif ;

o Contexte énergétique selon les régions du monde ;

o Premières annonces d’import-export d’H2 ;

o Politiques en Europe ;

o Politiques en Asie ;

o Politiques en Amérique ;

o Marché automobile en 2 mots ;

o Marché camion en 2 mots ;

o Marché bus en 2 mots ;

o Marché ferroviaire en 2 mots ;

o Marché aéronautique en 2 mots ;

o Marché maritime en 2 mots ;

o Questions d’approvisionnement énergétique ;

o Questions d’arbitrages et synthèse Contexte scientifique.

• Bases physiques & chimiques :

o Caractéristiques de l’hydrogène ;

o Principales implications technologiques et industrielles.

• Un peu d’histoire :

o Histoire de l’hydrogène et de l’hydrogène ;

o Évolution de l’économie, des transports et des autres technologies ;

o Étude du phénomène de hype ;

o Comment s’est positionné l’hydrogène dans l’écosystème, au fil des vagues d’engouement ;

o Premières perspectives qu’on peut apporter.

• Principales ressources :

o Différentes limites planétaires ;

o Ressources nécessaires à l’hydrogène ;

o Différentes questions d’approvisionnement.

JOUR 2 / 5 : HYDROGÈNE & CLIMAT 

Changement climatique – rappel des principales problématiques 

• GIEC (Fonctionnement, Historique des différents rapports, Comment trouver les données, Contexte et insights autour de la sortie du dernier rapport).

• Volets I & II (culture) 

• Volet III (réduction des émissions) 

Méthodes & perspectives pour la production d’hydrogène 

• L’hydrogène parmi les sources et vecteurs d’énergie :

o Hydrogène natif : état des lieux et perspectives ;

o Panorama des méthodes de production ;

o Possibilités énergétiques amonts et avales ;

o Synergies et concurrences de l’hydrogène avec ses propres carburants dérivés. 

• Production d’H2 : approche physique :

o Équations chimiques et postes d’émissions ;

o Rendement énergétique et consommation électrique ;

o Bilan carbone, selon les méthodes et régions du monde. 

• Production d’H2 : approche économique :

o Coût de l’hydrogène, selon les méthodes et régions du monde ;

o Électrolyse : optimisation selon le prix de l’électricité et le facteur de charge.

• Production d’H2 : approche politique :

o Contexte industriel et indépendance stratégique ;

o Contexte géologique et indépendance énergétique ;

o Facteur de charge, caractère diffus et arbitrages territoriaux ;

o 2 sujets épineux : nucléaire et CSC ;

o Contexte supranational, voisins directs et concurrence internationale.

• Production d’H2 : synthèse & perspectives :

o L’idéal est bien souvent un mix ;

o Variabilité du mix optimum selon les conditions économiques et géographiques ;

o Proximité de l’optimum selon les contraintes industrielles et politiques ;

o Questions de temporalités et priorités ;

o Synthèse des scénarios et perspectives.

Distribution de l’hydrogène & différents marchés 

• Stockage, transport & distribution :

o Technologies de stockage ;

o Voies de transport et distribution ;

o Coût de l’hydrogène, de la source à la station ;

o Impact du prix de l’H2 dans les break-even points des TCO.

• L’hydrogène comme vecteur :

o L’hydrogène dans les habitations ;

o Power-to-X-to-Power ;

o Marché des transports.

• L’hydrogène comme réactif :

o L’hydrogène dans les raffineries ;

o L’ammoniac, ensuite comme réactif ou vecteur ;

o Marchés du méthanol ;

o L’hydrogène pour décarboner l’acier.

• Hydrogen Ladder : ordres de grandeurs & priorités :

o Prévisions de consommation, totale et par secteur ;

o Hubs et clusters hydrogène ;

o Hydrogen Ladder et autres classifications ;

o Stratégies de diversification ou priorisation ;

o Perspectives sur les arbitrages à venir.

JOUR 3 / 5 : MATÉRIAUX & BILANS CARBONE 

Matériaux : quels enjeux, contraintes & implications 

• Ressources, réserves & criticité :

o État des lieux des prévisions (projet GENERATE) ;

o Compléments et évolutions possibles.

• Propriété intellectuelle & enjeux géopolitiques :

o Étude des monopoles / oligopoles, industriels et nationaux ;

o Compétences clés et maîtrise hétérogène des techniques et technologies ;

o Ressources géologiques, variables économiques et conditions d’acceptabilité.

• Contraintes industrielles & conséquences sur les marchés :

o La « face cachée » de l’électrification ;

o L’impact variant de ces contraintes selon les technologies ;

o Conséquences anticipables sur les marchés et potentielles retombées industrielles. 

• Perspectives & synthèses sur les problématiques matériaux-énergie :

o Liens entre les problématiques d’énergie et de matériaux ;

o Synthèse des perspectives Bilans carbone & Analyses du Cycle de Vie. 

• Lecture & méthodologie d’une ACV : 

o Unité fonctionnelle, flux de référence et périmètre d’une étude ;

o PEFCR (Product Environmental Footprint Category Rules) ;

o Recyclage en boucle ouverte ou fermée ;

o Émissions négatives, compensation et neutralité carbone ;

o Choix des hypothèses et sensibilités.

• Technologies des chaînes d’énergie :

o Hydrogène, avec pile à combustible ou moteur à combustion ;

o Batteries ;

o Ammoniac et autres carburants de synthèse ;

o Architectures automobiles : ICE, HEV, PHEV, BEV, FCEV ;

o Sous-architectures FCEV possibles.

• Cas d’étude : véhicule hydrogène :

o Résultats, sensibilités et limites de l’étude ADEME de 2020 ;

o Autres données disponibles ou à venir o Grandes valeurs à retenir.

• BEV vs FCEV : analyse comparative & perspectives politiques :

o Comparaison des bilans carbones selon les technologies et architectures ;

o Sensibilité aux mix électrique et de production d’hydrogène ;

o Différents profils de scénarios, selon le choix dans les nombreux paramètres.

• Conclusions & extrapolation des résultats :

o Bilan des sensibilités ;

o Conclusions des différents profils, pour et au-delà de l’automobile.

JOUR 4 / 5 : MARCHÉ DES TRANSPORTS 

Automobile, aéronautique, ferroviaire & maritime 

• L’hydrogène pour l’automobile :

o Historique et tendances actuelles ;

o Sport automobile, haut de gamme et marchés de niche ;

o Concurrence technologique et économique avec les véhicules à batteries ;

o Particularités du marché (profil des consommateurs et impact de la règlementation) ;

o Modèles TCO et prévisions de marché – Analyse du WAPO ;

o Incertitudes, divergences & conclusions.

• L’hydrogène pour l’aéronautique :

o Annonces d’Airbus et programme ZEROe ;

o Décomposition des motorisations selon les types d’avions et leur autonomie ;

o Cas particuliers : hélicoptères et composantes militaires et spatiales ;

o Hydrogène à bord, pour la propulsion ou l’APU ;

o Contraintes logistiques ;

o Vision d’ensemble : trajectoires de décarbonation et effets hors-CO2 ;

o Impact carbone des carburants selon le mix électrique ;

o Approvisionnement énergétique de l’aérien et transfert modal ;

o Particularités de l’écosystème industriel (duopole et ultra-spécialisation) ;

o Anticipation des évolutions économiques et sociales ;

o Conclusions sur la place de l’hydrogène, les attentes, incertitudes et perspectives. 

• L’hydrogène pour les poids-lourds & le ferroviaire :

o Intérêt de l’hydrogène dans les dimensionnements en masse et volume ;

o Valorisation financière de la charge utile et du faible temps de recharge ;

o Besoins en maillage de stations selon les applications ;

o Poids-lourds : concurrence avec les systèmes à batteries ;

o Ferroviaire : concurrence avec l’électrification des lignes ;

o Prévisions de marchés, incertitudes et conclusions.

• L’hydrogène pour le maritime :

o Décomposition des motorisations et parallèle avec l’aviation ;

o Prédominance de l’ammoniac ;

o Cas particulier : sous-marins conventionnels ;

o Transport d’hydrogène par voie maritime ;

o Principaux scénarios, volontés politiques, freins techniques et conclusions. 

JOUR 5 / 5 : POLITIQUES, SYNTHÈSES & CONCLUSIONS 

Politiques de l’hydrogène 

• Contexte énergétique & politique selon les régions du monde :

o 3 grands types de profils énergétiques nationaux ;

o Évolutions énergétiques récentes et à venir ;

o Volontés de souveraineté et autres caractéristiques politiques locales. 

• Compilation des principales annonces :

o Europe : Allemagne, France, Royaume-Uni et Commission Européenne ;

o Asie : Corée, Japon et Chine o Amérique : États-Unis et Canada ;

o Reste du monde : Arabie, Maroc, Australie et Chili.

• Analyse de la technologie concurrente (électrification par batteries) : 

o Compilation principales politiques ;

o Annonces constructeurs Synthèses & conclusions.

• Synthèse des approches possibles :

o Technique : dimensionnement powertrain ;

o Économique : TCO et emplois ;

o Territoriale : réseau de station et écosystème ;

o Politique : locale, nationale et supranationale ;

o Industrielle : investissements, incertitudes et principaux acteurs.

• Bilan des cas d’études & synthèses intermédiaires :

o Cas d’études effectués ;

o Synthèses et chiffres à retenir.

• Conclusions ;

o Principaux périmètres d’analyse ;

o Paramètres à surveiller et perspectives d’évolutions ;

o Freins et leviers ;

o Ouvertures.

• Pour aller plus loin :

o Présentation des différents modules d’extension ;

o Moment d’échange, retours & compléments personnalisé.

La formation s’adresse à tous ceux qui souhaitent développer leurs connaissances générales sur le monde de l’hydrogène et s’initier aux nombreuses nuances et complexités, aussi bien technologiques qu’industrielles, économiques et géopolitiques. Elle se destine à la fois à de jeunes ingénieurs, managers ou commerciaux. Un background scientifique est préférable mais pas indispensable, les bases chimiques et physiques étant reposées au début du module