Si l'on observe la consommation annuelle d'énergie d'un ménage moyen, on constate que celle-ci se ventile entre trois grandes utilisations, le chauffage, qui représente un peu plus de 50 % de cette consommation (cette proportion variant évidemment en fonction des saisons et des régions considérées), le transport, qui représente de 30 à 40 % de cette énergie et enfin la consommation d'électricité domestique, qui représente pour sa part de 10 à 15 % de cette consommation totale d'énergie. Le rendement des trois chaînes de transformation d'énergie est très variable : il atteint 85 % pour les chaudières au mazout, gaz ou charbon, 30 %, pour le combustible des centrales électriques et 12 à 15 % pour le pétrole au Km parcouru. In fine, le rendement énergétique global pondéré est d'environ 55 %.
Il en résulte une production de CO2 par ménage d'environ 15 à 20 tonnes/an. Pour réduire cette production de CO2, le seul moyen, outre une meilleure efficacité énergétique, est d'utiliser tant au niveau du chauffage que du transport et de la consommation électrique, des sources d'énergie non émettrices de gaz à effet de serre.
Parmi celles-ci, nous avons déjà souvent évoqué le solaire, l'éolien, la géothermie et la biomasse mais une nouvelle source d'énergie propre va s'imposer progressivement dans les années à venir. Il s'agit de la production mixte domestique utilisant une pile à combustible et coproduisant électricité, chaleur et hydrogène en fonction des besoins de l'utilisateur, le transport par véhicule s'effectuant alors en véhicule électrique ou hybride, dont les batteries seraient chargées à partir de cette pile à combustible domestique (PCD).
La cogénération locale de chaleur et d'électricité au niveau domestique constitue incontestablement la voie de l'avenir car elle adapte et module de manière très souple la production d'énergie en fonction de l'évolution de la demande domestique et présente en outre le grand avantage de réduire considérablement les pertes d'énergie inhérentes au transport.
Au Japon, Nippon Mitsubishi Oil a développé une petite pile à combustible de faible puissance utilisable comme source d'énergie domestique. Il s'agit d'une pile à combustible à électrolyte polymère (PEFC) fournissant 1kW, ce qui est suffisant pour couvrir une grande part de la consommation d'électricité domestique d'un ménage. Mais ce qui rend cette PEFC attrayante est sa petite taille - équivalent d'un petit réfrigérateur- et la faible chaleur qu'elle dégage - elle fonctionne à une température de seulement 80°C. Nippon Mitsubishi Oil est parvenu à ce résultat en utilisant des composants de haute performance et une technologie de catalyse efficace.
Honda, pour sa part, a développé son concept de voiture FCX. La voiture a une unité de recharge domestique qui se dédouble en un fournisseur d'électricité et d'eau chaude pour la maison. Le système d'énergie domestique raffine le gaz naturel pour générer de l'hydrogène, lequel est alors mélangé avec l'oxygène pour produire l'énergie nécessaire au véhicule.
Cette station domestique, mixte, baptisée Home Energy Station III, est très performante. De la taille d'une petite armoire, elle produit à partir du gaz naturel l'hydrogène nécessaire au fonctionnement de la voiture à pile à combustible. En plus, cet hydrogène alimente une petite pile à combustible, intégrée à la HES III, qui fournit de l'électricité à la maison, tandis que la chaleur dégagée par le processus de fabrication chauffe l'eau. Honda estime que son système permettra de réduire de 40 % les émissions de CO2 par rapport aux véhicules à essence actuels, et de diviser par deux les factures d'électricité, de gaz et de carburant d'un foyer.
C'est dans cette coproduction d'hydrogène pour la voiture, et d'électricité pour la maison, que réside la véritable innovation d'Honda, qui fait oeuvre de pionnier et a compris que la problématique de l'énergie avait changé de nature, sous l'effet combiné des progrès technologiques et de la pression économique et environnementale qui pèsent de plus en plus sur l'utilisation des énergies fossiles. Aujourd'hui l'énergie se produit de manière centralisée et spécialisée. Demain, l'énergie que nous consommerons sera produite de manière locale, à l'aide de systèmes hybrides qui sauront gérer et combiner plusieurs sources et formes d'énergie propres, éolien, solaire, hydrogène, biomasse...
Toujours au Japon, 150 maisons situées dans la ville de Maebaru, au sud de la préfecture de Fukuoka ont été équipées de piles à combustible résidentielle à co-génération - de classe 1 kW - développées par Nippon Oil Corporation. Ces piles utilisent l'hydrogène extrait du gaz de pétrole liquéfié (GPL) pour fonctionner.
Le système peut couvrir environ 60 % de la consommation d'électricité d'une maison et environ 80 % de son approvisionnement en eau chaude. Au total, la consommation d'énergie serait réduite d'environ 30 % par rapport aux systèmes conventionnels, et les émissions de dioxyde de carbone pourront être diminuées d'autant. A l'horizon 2015, Nippon Oil espère faire baisser le prix de ses systèmes de piles à combustible domestiques pour atteindre les 500 000 yens (soit 4 250 euros) et accroître ses ventes à 40 000 unités par an.
Au Canada, le Centre canadien des technologies résidentielles (CCTR) expérimente dans ses maisons d'essais un système résidentiel de production combinée de chaleur et d'électricité de 5 kilowatts à base de piles à combustible.
Nos voisins italiens sont en train d'expérimenter eux aussi ce concept de station d'énergie domestique mixte appelé à un grand avenir. Sa version italienne s'appelle Sidera 30. Il s'agit d'une centrale à co-génération (électricité et eau chaude) capable de fonctionner au méthane mais aussi à l'hydrogène, pour une efficience totale de 80 %, coordonnée par une petite centrale de distribution intelligente, appartement par appartement. Le prototype Sideria 30, développé par la société ICI Chaudière fonctionne déjà dans un laboratoire de recherche et développement de Vérone.
"Selon les dimensions de l'installation, il est possible de prévoir une chaudière, capable de fournir un surplus de chaleur, en cas de besoin, par la combustion du méthane par condensation" souligne Alessandro Zerbinato, responsable du projet. "Notre objectif est de descendre jusqu'à un coût de 2000 ? euro par appartement (sur un immeuble moyen d'une trentaine d'appartements, fournissant courant électrique et chauffage), ce qui constitue le seuil de rentabilité pour le bilan énergétique d'une famille. Ce procédé a de réelles perspectives en Italie, où le passage au méthane a créé un marché d'un million de petites chaudières à gaz (deux fois plus que l'Allemagne) caractérisées par une médiocre efficacité, des problèmes de pollution et même des risques pour la santé humaine.
En Finlande, l'entreprise HYDROCELL a développé pour sa part une nouvelle pile à combustible. Longue de 45 cm et d'un diamètre de 6 cm, la pile à combustible produit de l'électricité de façon silencieuse. De l'eau est aussi produite et se manifeste sous forme d'un faible écoulement durant le fonctionnement de la pile. La puissance produite est de 25 W. Utilisée en combinaison avec accumulateurs et transformateur, il en résulte un voltage de 230 V ; ce qui en fait un système utilisable pour diverses applications domestiques.
En France, depuis novembre 2002, à Dunkerque, dans le Pas-de-Calais, les bureaux de la mairie annexe de Petite Synthe et ceux du poste central de trafic, qui gère les feux tricolores de l'agglomération dunkerquoise, sont alimentés en électricité et en chaleur par deux piles à combustible fonctionnant au gaz naturel. Il s'agit de deux des cinq prototypes de piles de troisième génération actuellement expérimentés en France par Gaz de France. Ces piles produisent, sans aucune émission de CO2, de l'électricité de manière continue et, surtout, avec un rendement élevé puisque leur rendement total (électrique et thermique), est déjà de l'ordre de 80 % et devrait atteindre les 90 % dans un proche avenir.
Ces exemples et expérimentations montrent que les scénarii énergétiques du futur restent ouverts et ne sont pas écrits. Il y a quelques années, on pensait en effet que le passage à l'économie de l'hydrogène, pour reprendre le terme de Rifkin, se ferait sur le modèle des grandes unités de production et de grands réseaux de distribution, à l'instar du modèle pétrolier ou gazier.
A présent, le paysage énergétique qui se dessine semble plus diffus, diversifié et complexe ; il combine de manière dynamique l'ensemble des sources et formes d'énergie propres et s'oriente vers une production décentralisée et locale d'énergie à partir de systèmes et de centrale mixtes qui seront eux-mêmes reliés à des compteurs « intelligents »et interconnectés à des réseaux électriques en grille, capables de gérer en temps réel les fluctuations liées à la consommation d'énergie.
Une fois de plus le Japon, avec une vision prospective et une capacité d'anticipation remarquables, a mieux su se préparer que l'Europe et les Etats-Unis, à cette mutation majeure. Souhaitons qu'en France, nous sachions rapidement prendre les bonnes orientations énergétiques à long terme et faire preuve de volontarisme et d'imagination pour imaginer les nouvelles combinaisons énergétiques de demain et faire de cette sortie de l'économie du pétrole un nouveau moteur de compétitivité économique et d'excellence technologique.
René Trégouët
Sénateur honoraire
Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
