Hydrogène Vert : Production & Applications

L’hydrogène « vert », produit par électrolyse de l’eau à partir d’électricité renouvelable, est présenté comme le vecteur capable de décarboner les usages difficiles à électrifier (engrais, acier, transport lourd) et de stocker l’énergie sur de longues durées. Le Sahel, avec 5,5 à 6,5 kWh/m²/j d’irradiation et de vastes espaces, figure parmi les zones à fort potentiel, mais la filière se heurte au coût du capital, à la disponibilité de l’eau et à l’enclavement. Ce cours de M2 (S3) étudie toute la chaîne : production par électrolyse (thermodynamique, technologies, couplage PV), stockage et transport (pression, cryogénie, hydrures, ammoniac, LOHC), reconversion par piles à combustible (PEMFC, SOFC, Power-to-Power) et économie de la filière en Afrique de l’Ouest (LCOH, projets, stratégies nationales).

Objectifs d’apprentissage

• Comprendre les procédés d’électrolyse de l’eau pour la production d’hydrogène vert.
• Analyser les technologies de stockage et de transport de l’hydrogène.
• Dimensionner un système Power-to-X couplé à une source EnR.
• Évaluer la filière hydrogène vert en Afrique de l’Ouest : ressources, projets et défis.

Prérequis

Thermodynamique des EnR (THE3402) — Licence S3 ; Stockage Avancé de l’Énergie (SAE3201) — Master S3. Bases d’électrochimie et de Python.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Production d’Hydrogène par Électrolyse
2. Leçon 2 — Stockage et Transport de l’Hydrogène
3. Leçon 3 — Pile à Combustible et Reconversion
4. Leçon 4 — Hydrogène Vert en Afrique de l’Ouest

Travaux pratiques

• TP guidé 1 (4 h) : électrolyseur PEM pédagogique — courbe de polarisation, rendement faradique et rendement énergétique ; simulation du couplage direct PV-électrolyseur (leçon 1).
• TP guidé 2 (4 h) : pile à combustible PEM — courbe de polarisation, puissance, consommation d’hydrogène et rendement (leçon 3).
• TD (8 h) : thermodynamique de l’électrolyse, compression et stockage, chaîne Power-to-Power, calcul du LCOH.

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 22 h, TD 8 h, TP 8 h, TPE 42 h, soit 80 h ; 4 crédits. Évaluation CC + ET : contrôle continu 40 % (comptes rendus de TP, TD), examen terminal 60 % ; nature mixte.

Bibliographie

• J. O’M. Bockris, Energy: The Solar-Hydrogen Alternative, Wiley.
• IRENA, Green Hydrogen: A Guide to Policy Making, 2020 (gratuit en ligne).
• IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction: Scaling up Electrolysers to Meet the 1.5 °C Climate Goal, 2020 (complément).
• J. Larminie, A. Dicks, Fuel Cell Systems Explained, Wiley (complément).