L'eau. On en a partout — ou presque. Et si on pouvait simplement la séparer en hydrogène et en oxygène pour stocker de l'énergie renouvelable ? C'est exactement le principe de l'électrolyse, et c'est pourquoi cette technologie est au cœur de tous les plans hydrogène dans le monde.

Mais "simple en principe" ne veut pas dire "facile en pratique". La réalité industrielle de l'électrolyse est plus complexe — et plus intéressante — que le schéma vu au collège.

Le principe, rappel de base

L'électrolyse repose sur une idée simple : on plonge deux électrodes dans de l'eau (ou une solution aqueuse), on fait passer du courant électrique, et la molécule d'eau se dissocie. À la cathode (pôle négatif), l'hydrogène se dégage. À l'anode (pôle positif), c'est l'oxygène. La réaction globale est l'inverse exacte de la pile à combustible.

Pour que ça fonctionne correctement à grande échelle, il faut plusieurs ingrédients : de l'eau pure (les impuretés dégradent les électrodes), un électrolyte pour conduire le courant, et des matériaux d'électrodes capables de résister à des conditions chimiques agressives pendant des milliers d'heures.

Les trois grandes familles d'électrolyseurs

L'électrolyse alcaline est la technologie la plus ancienne et la plus mature. On l'utilise à l'échelle industrielle depuis plus d'un siècle — notamment dans l'industrie chimique. L'électrolyte est une solution de soude ou de potasse. Robuste, relativement peu coûteuse, mais peu adaptée aux charges variables. Si on l'alimente avec de l'éolien ou du solaire (qui fluctuent), les performances se dégradent. Ce n'est pas idéal pour coupler cette technologie avec les renouvelables intermittents.

L'électrolyse PEM (Proton Exchange Membrane) est plus récente et progresse rapidement. Elle utilise une membrane solide comme électrolyte, fonctionne bien avec des charges variables, produit un hydrogène de haute pureté, et peut être miniaturisée. Inconvénient : elle utilise des métaux rares (iridium, platine) et coûte encore plus cher que l'alcaline. Mais les courbes de coûts descendent vite.

L'électrolyse à haute température (SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell) est la technologie émergente la plus prometteuse sur le plan de l'efficacité. En utilisant de la vapeur d'eau à 700-900°C au lieu d'eau liquide, on réduit l'énergie électrique nécessaire d'environ 20 à 30 %. En récupérant la chaleur de procédés industriels existants, l'efficacité globale peut être excellente. Mais la technologie n'est pas encore mature pour le déploiement à grande échelle.

Combien d'énergie faut-il pour produire un kilo d'H₂ ?

C'est la question centrale, parce que c'est là que se joue la compétitivité. Théoriquement, la valeur minimale pour décomposer l'eau est d'environ 39 kWh par kilo d'hydrogène. En pratique, avec les électrolyseurs actuels, on consomme entre 50 et 55 kWh/kg pour les systèmes PEM, un peu moins pour les alcalins de dernière génération.

Pour mettre ces chiffres en perspective : si on produit de l'hydrogène à partir d'électricité solaire à 3 centimes le kWh (un tarif accessible dans certaines régions du monde), le coût de l'électricité seule représente 1,50 à 1,65 € par kilo. Ajoutez l'amortissement de l'électrolyseur, l'eau, la maintenance, la compression, et on arrive à 4-7 € le kilo selon les configurations. C'est encore deux à trois fois plus cher que l'hydrogène gris.

La baisse des coûts des électrolyseurs est donc un enjeu stratégique. Les électrolyseurs PEM coûtent aujourd'hui environ 700 à 1 200 €/kW installé. Les feuilles de route industrielles visent 200 à 300 €/kW à horizon 2030 — ce qui changerait fondamentalement l'économie de la filière.

Les projets à grande échelle qui se développent

Le projet NEOM en Arabie Saoudite (2 GW d'électrolyseurs alimentés par solaire et éolien), le projet H2Global en Allemagne, les gigafactories d'électrolyseurs annoncées par ITM Power au Royaume-Uni, John Cockerill en Belgique, ou McPhy en France — la liste des projets industriels croît rapidement.

En France, le plan France 2030 prévoit le déploiement de 6,5 GW d'électrolyseurs d'ici 2030. C'est ambitieux. Au moment où ces lignes sont écrites, on est encore très loin du compte, mais les premières grandes installations commencent à sortir de terre.

L'eau : une ressource à ne pas négliger

Un kilo d'hydrogène nécessite environ 9 litres d'eau pure en entrée d'électrolyseur. Ce n'est pas énorme à petite échelle, mais à grande échelle — des GW d'électrolyseurs — cela représente des millions de litres par jour. Dans des régions déjà stressées hydrologiquement (Australie aride, Afrique du Nord), il faudra intégrer des systèmes de dessalement, ce qui ajoute de l'énergie et des coûts.

Ce n'est pas un point rédhibitoire — l'eau de mer peut être dessalée avec de l'énergie renouvelable — mais c'est un élément souvent oublié dans les calculs enthousiastes.

L'électrolyse en bref : une technologie prête, pas encore compétitive

L'électrolyse de l'eau fonctionne. C'est une technologie éprouvée. Le défi n'est plus technique dans ses fondements, mais industriel et économique : fabriquer des électrolyseurs plus vite, moins cher, en plus grande taille, et les coupler intelligemment avec des sources d'énergie renouvelable. C'est un problème d'ingénierie et de marché, pas de physique fondamentale. Et c'est, à sa façon, une bonne nouvelle.