Hydrogène : comment le Japon mise sur la recherche pour devenir le leader mondial ?
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Le Japon a été le premier pays à publier une stratégie nationale sur l’ , dès 2017, affirmant ainsi son rôle de pionnier dans la construction d’une société où cette énergie occuperait une place centrale.
Sa géographie, marquée par un territoire limité, réduit les possibilités de développer massivement les . À cela s’ajoute l’absence de ressources fossiles dans ses sous-sols, ce qui rend le pays fortement dépendant des importations énergétiques, principalement fossiles. L’hydrogène apparaît donc comme une solution stratégique pour diversifier et sécuriser son approvisionnement.
© ETIENNE BALMER / AFP - Un réservoir d’hydrogène liquide de 2 500 mètres cubes dans le port de Kobe. Un terminal d’importation d’hydrogène, notamment d’Australie, a été installé dans le grand port japonais, près d’Osaka.
Recherche et innovation : le Japon en tête sur l’hydrogène
Le Japon est un des pays qui consacre le plus de crédits à la recherche-développement (R&D) par habitant, et cela depuis de nombreuses années. Le pays assure 5 % du budget mondial de R&D pour 2 % de la population de la planète. La méthode japonaise dans la recherche est l’étude méthodique de toutes les options, sur un temps long, en mobilisant de façon intégrée la recherche académique et le développement industriel. L’hydrogène est exemplaire de cette approche globale. Les chercheurs japonais n’ont pas segmenté les différentes utilisations de l’hydrogène mais ont étudié parallèlement sa place dans tous les secteurs. Ils se sont interrogés sur ses potentiels dans l’industrie, dans l’habitat et dans toutes les formes de mobilité. Ils se sont dès le départ posé la question de sa production, du choix des pays les plus aptes à l’assurer, du transport vers le Japon. Cette approche multiforme fait partie de ce qu’ils désignent sous le nom de « roadmap » (feuille de route).
Hydrogène dans les maisons : comment le Japon chauffe ses bâtiments
L’utilisation des piles à hydrogène s’est d’abord appliquée aux installations stationnaires permettant d’alimenter des bâtiments en et en . L’hydrogène est produit dans une chaudière à partir de gaz de ville. La pile à génère du courant électrique et dégage de la chaleur qui est récupérée pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage.
La tradition japonaise des maisons très standardisées, toutes pareilles, favorise le développement de ces chaudières statiques, de la taille d’une armoire. Le gouvernement soutient cette filière et compte sur 5,3 millions d’appareils en 2035.
Voitures à hydrogène : le pari des constructeurs japonais
L’hydrogène a ensuite été utilisé dans le secteur de la mobilité. Les constructeurs ont d’abord produit des bus et des camions, puis les premières voitures individuelles (comme la Toyota Mirai ou la Honda Clarity) sont apparues en 2015. Il s’agit encore d’un marché de niche, avec 8 000 voitures en 2025.
Qui dit voiture à hydrogène, dit réseau d’approvisionnement suffisamment dense. La concentration de gaz comprimé à 700 bars impose des règles de sécurité draconiennes, auxquelles les Japonais accordent traditionnellement une grande attention. Chaque station coûte donc très cher, 6 ou 7 fois plus qu’une station classique, ajoutant au coût général de la filière.
Produire et transporter l’hydrogène : les défis du Japon
Comment fabrique-t-on l’hydrogène ?
L’hydrogène est l'élément chimique le plus abondant dans l'univers.
Mais il est presque toujours lié à d'autres éléments. Exemple : eau (H2O) = hydrogène (H) + oxygène (O)
Pour l’utiliser pur dans une pile ou un moteur de voiture, il faut donc l’isoler.
Le procédé le plus courant est le vaporeformage. De la vapeur d’eau (H2O) agit sur du méthane (CH4) dissociant les atomes de carbone (C) de ceux d’hydrogène (H). Il en résulte la production de dihydrogène (H2) + ( )
Même résultat avec la gazéification du procédé qui consiste à le brûler dans un réacteur à très haute température.
Autre méthode : l'électrolyse de l'eau. À l'aide d'un courant électrique, l'eau (H2O) se décompose : dihydrogène (H2) / dioxygène (O2)
Mais 95 % de l'hydrogène est fabriqué avec des énergies fossiles et du bois. Il faut donc trouver des alternatives pour le produire et que ces alternatives émettent peu ou pas de gaz à .
- #1 Les microbes photosynthétiques pouvant produire de dihydrogène sous l'effet de la lumière du Soleil.
- #2 Les cellules photoélectrochimiques, composants électriques immergés dans l’eau et exposés à la lumière pour produire des bulles de dihydrogène et de dioxygène.
- #3 La décomposition thermochimique de l’eau. Portée à haute température, la
de l'eau se décompose et libère du dihydrogène.
En résumé :
- Dans la nature, l’hydrogène est toujours lié à un autre élément. Pour l’utiliser pur, il faut donc l’isoler.
- 3 procédés :
- Le vaporeformage avec de la la vapeur d’eau et du méthane (CH4).
- La gazéification du charbon de bois qui consiste à le bruler.
- L'électrolyse de l'eau. - Mais 95 % de l'hydrogène est fabriqué avec des énergies fossiles et du bois.
- Des alternatives plus durables existent : microbes photosynthétiques ou cellules photoélectrochimiques.
Les experts se sont heurtés à la question de la fabrication de l’hydrogène. Le reformage à partir d’hydrocarbures est la méthode la moins coûteuse, mais ne permet pas en bout de chaîne une électricité « décarbonée ». L’électrolyse à partir d’une électricité renouvelable coûte aujourd’hui 5 à 7 fois plus cher et les potentiels solaire et éolien sont faibles au Japon.
La « roadmap » japonaise s’est donc vite intéressée à l’importation d’hydrogène depuis des pays au fort potentiel énergétique, comme l’Australie ou les pays du Golfe.
Pour son transport, trois options sont apparues :
- Le gaz compressé. Cette solution suppose des coûts additionnels de compression et des difficultés techniques de stockage, l’hydrogène étant très volatil.
- La cryogénie. Il s’agit de le transporter sous forme liquide à -253°C, proche du zéro absolu ! Les plus grandes sociétés japonaises travaillent sur le sujet, et un premier bateau de transport d’hydrogène liquide, un « hydrogènier », a été opéré entre l’Australie et le Japon en 2023.
- L’association à une autre molécule. Le principe est de combiner l'atome d’hydrogène à un autre atome, pour produire une molécule plus facilement transportable, puis de récupérer l’hydrogène à l’arrivée, par un processus inverse1. La plupart des solutions reposent sur des associations avec le carbone. Mais les experts japonais s’intéressent surtout à l’autre atome le plus abondant dans l’atmosphère, l’azote. Il forme avec l’hydrogène une molécule très simple, l’ammoniac (NH3), que les chimistes savent produire depuis plus de 100 ans. On sait le transporter, par , et il existe déjà un commerce mondial.
1 Les chimistes japonais ont par exemple testé le (CH3OH) et le diméthyl ether (CH3OCH3).
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