Pour accélérer la transition vers l’hydrogène vert, un nouveau laboratoire commun entre Elogen, le CNRS et l’Université Paris-Saclay.

Alors que l’hydrogène est amené à jouer un rôle clé dans la transition énergétique et dans l’ambition industrielle française et européenne, la production d’hydrogène bas carbone représente un levier d’avenir. En vue d’accélérer la décarbonation de l’industrie et du déploiement de solutions de mobilités durables, la stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné dans le cadre de France 2030 répond à des enjeux environnementaux, économiques, d’indépendance technologique et de moindre dépendance aux énergies d’importation.

L’une des voies vers la production à échelle industrielle de ce vecteur énergétique, tout en garantissant une empreinte carbone minimale, consiste à le produire par électrolyse de l’eau sur membrane échangeuse de protons (PEM). Cette technologie qui fonctionne sur une plage de température allant de 5°C jusqu’à environ 100°C est au cœur de la création du laboratoire commun, en novembre 2023, pour une durée de cinq ans, entre la société Elogen, leader français de l’électrolyse de l’eau PEM, société qui fait partie du groupe GTT (Gaztransport et Technigaz), l’Université Paris-Saclay et le CNRS. Ce laboratoire commun a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique des électrolyseurs PEM actuels, tout en cherchant des alternatives aux matériaux cœur-process (électrolyte polymère et électrocatalyseurs) utilisés afin de réduire les teneurs en matériaux critiques et d’accélérer la production d’hydrogène vert à grande échelle. Il est hébergé au sein de l’Équipe de Recherche et d’Innovation en Electrochimie pour l’Energie (ERIEE) de l’Institut de chimie moléculaires et des matériaux d’Orsay (ICMMO - CNRS/Université Paris-Saclay), l'un des plus grands laboratoires de recherche française en chimie, et est membre de la Fédération Hydrogène du CNRS. D’où son nom : Laboratoire Mixte Hydrogène ERIEE-Elogen (LMH2E).

Une complémentarité forte entre l’ICMMO et Elogen

« Notre démarche d’innovation s’articule autour de deux grands axes scientifiques et technologiques : les membranes polymère et les électro-catalyseurs. Plus précisément, nous travaillons d’une part à la mise en œuvre de membranes à conduction protonique exemptes de fluor, et de l’autre à la réduction de la quantité d’électrocatalyseurs à base de métaux nobles (platine, iridium) et à leur remplacement par des matériaux non-critiques », explique Loïc Assaud, Maître de Conférences à l’Université Paris-Saclay/ICMMO, et coordinateur scientifique du laboratoire commun pour le compte de l’Université Paris-Saclay. Les activités du laboratoire ont démarré par le lancement de deux thèses. Les doctorants CIFRE travaillent sur deux sites géographiques, à l’ICMMO et chez Elogen. « En étroite collaboration avec la société Elogen, qui affiche plus de vingt-cinq ans d’expertise dans la conception, la fabrication et la commercialisation d’électrolyseurs, l’équipe de recherche teste les matériaux synthétisés et caractérisés par nos soins », ajoute Loïc Assaud. Avec ce laboratoire commun, Elogen et l’Université Paris-Saclay consolident une complémentarité et des liens tissés depuis plus de vingt ans, déjà actés par une convention de collaboration signée en décembre 2021. Aujourd’hui, les recherches communes mobilisent au total près de vingt-cinq chercheurs, techniciens et ingénieurs ; cinq scientifiques de l’ICMMO, trois doctorants, et une quinzaine de collaborateurs chez Elogen.

L’avenir prometteur de l’hydrogène vert

Le procédé d’électrolyse de l’eau PEM permet la production d’hydrogène vert à partir d’énergie renouvelable (solaire, éolien). Au prix d’un surcout énergétique maîtrisable, il constitue une alternative à la production d’hydrogène par vapo-reformage du méthane, un procédé fortement émetteur de CO₂.

« Il importe de diversifier les modes de production d’hydrogène, car la demande croît de manière exponentielle. L’électrolyse à membrane polymère à conduction protonique présente des caractéristiques techniques remarquables qui lui ouvrent des perspectives d’application dans des domaines variés, sur des marchés à forte croissance, précise Pierre Millet, Directeur Scientifique d’Elogen. En effet, la taille du marché est considérable, étant donnés les impératifs de décarbonation des mobilités et de l’industrie », par exemple dans les secteurs de la métallurgie, de la production d’engrais, des mobilités terrestre, maritime ou encore aéronautique. « En 2025, Elogen va mettre en service une usine géante de production de stacks d’électrolyseurs, à Vendôme dans le Loir-et-Cher (Région Centre), avec une capacité de production annuelle de 1 GW, soit l’équivalent des besoins d’une usine sidérurgique », précise Pierre Millet. De quoi valoriser les travaux du laboratoire commun car l’un des enjeux de recherche actuels reste la diminution des coûts de production d’hydrogène pour les industriels.

Faire rimer innovation, recherche et formation

« Le laboratoire commun participe également à la formation des étudiants. Du fait de la proximité géographique entre l’Université Paris-Saclay et Elogen, basée aux Ulis (Essonne), certains se voient offrir la possibilité de réaliser leur stage de fin d’études chez Elogen où il existe de fortes perspectives de recrutement », ajoute Loïc Assaud. Une filière se constitue ainsi pour répondre aux nombreux défis de la transition énergétique.

La création de ce Laboratoire commun s’inscrit dans un contexte local diversifié avec des actions menées autour de l'énergie en tant que défi sociétal, notamment au sein de l'Institut de l'Energie Soutenable (IES) porté par l’Université Paris-Saclay et dont le CNRS est partie prenante, mais également au sein du Campus des Métiers et des Qualifications (CMQ) « Energie Durable (EDu) » ou encore via le projet Compétences et Métiers d'Avenir (CMA) Hydrogène et technologies avancées des systèmes énergétiques en Ile-de-France (HTase), des actions qui sont coordonnées par l’Université Paris-Saclay et auxquelles le CNRS et Elogen participent. Un nouveau diplôme universitaire sur les technologies de l’hydrogène devrait voir le jour. C’est dire si les indicateurs sont au vert pour l’avenir de l’hydrogène vert.