Dans plusieurs pays, des unités pilotes de production d'hydrogène sont en construction. Deux technologies différentes, pour un seul objectif : produire massivement de l'hydrogène à bas coût. « Ces procédés pourraient émerger à l'échelle industrielle vers 2020 ou 2030, précise François Le Naour, responsable du programme sur la production d'hydrogène au Commissariat à l'énergie atomique (CEA). Les futures usines basées sur ces procédés produiraient 150 à 200 tonnes d'hydrogène par jour ; elles auraient la taille d'une raffinerie. » Cherche haute température Le procédé par cycle thermochimique iode-soufre utilise une source de chaleur à haute température, 850 à 900 °C. L'eau se combine avec deux produits chimiques, l'iode et le dioxyde de soufre, pour former deux acides très corrosifs. Ceux-ci sont séparés et envoyés sur des lignes différentes. Sous l'effet de la chaleur, le premier acide est décomposé pour produire de l'hydrogène (et l'iode est recyclé), tandis que le second est décomposé pour former de l'oxygène (et on récupère le dioxyde de soufre). « Il reste de nombreuses difficultés à surmonter, prévient François Le Naour. Il faut trouver des catalyseurs pour certaines réactions. Nous devons apprendre à manipuler d'énormes quantités d'iode (2 000 tonnes) pour une installation produisant 150 t/j d'hydrogène. Enfin, nous devons résoudre tous les problèmes de corrosion. » D'où l'utilité du démonstrateur de 100 litres/h en construction aux États-Unis, dont le CEA a réalisé une partie. Reste à déterminer quelle sera la source chaude à 900 °C. Seules les centrales solaires à concentration et certaines futures centrales nucléaires de génération IV pourraient atteindre ces températures avec une puissance suffisante. Car s'il faut chauffer au gaz ou électriquement, on perd tout le bénéfice énergétique de ces procédés thermochimiques. Cependant, le couplage d'une centrale nucléaire avec une usine chimique pose des questions de sécurité, tandis que le solaire inquiète pour son intermittence, même s'il est possible de stocker la chaleur quelques heures. Des électrolyseurs résistants L'autre procédé en vue est l'électrolyse à haute température. À première vue, il semble plus avancé, puisqu'un électrolyseur est l'inverse d'une pile à combustible de type Sofc (à oxyde solide). Or, les piles à combustible sont aujourd'hui au stade industriel. « Cependant, nous visons une production massive, alors que la puissance des piles à combustibles actuelles ne dépasse pas 100 kW, rappelle le chercheur. D'autre part, si le coeur de l'électrolyseur s'inspire de celui de la pile, le fonctionnement est différent et nécessite d'adapter les matériaux. De plus, toute l'infrastructure autour est différente : il faut produire de la vapeur, la distribuer et gérer les gaz en sortie. » Des électrolyseurs produisant 10 kilogrammes d'hydrogène par jour existent au stade des essais de laboratoire, mais la difficulté est aujourd'hui d'augmenter le débit sans détériorer les cellules. La gamme de température la plus étudiée pour ces électrolyseurs se situe entre 800 et 900 °C. En dessous, la conduction ionique des membranes utilisées est insuffisante, et le rendement de l'électrolyseur reste faible. Mais à très haute température, les matériaux métalliques souffrent beaucoup et les durées de vie des électrolyseurs restent faibles. Or, il faut optimiser non seulement les performances, mais aussi la fiabilité des électrolyseurs, qui devront durer entre 35 000 et 40 000 heures. Les recherches visent à développer de nouveaux électrolytes, fonctionnant à plus basses températures sans perdre en conduction. Et à trouver des architectures d'électrolyseurs rendant compatible l'usage conjoint de céramique et de métaux à haute température.