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Glossaire · Secteur de l’énergie & transition énergétique

Électrolyseur

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Un électrolyseur est une installation qui, grâce à l'énergie électrique, force une réaction chimique. Dans le secteur de l'énergie, il s'agit presque toujours de l'électrolyse de l'eau. L'eau y est décomposée en hydrogène et en oxygène. Le processus lui-même s'appelle électrolyse, l'électrolyseur est l'installation technique qui la réalise. L'hydrogène produit peut servir de matière première, de combustible ou de vecteur d'énergie stockable. S'il est produit avec de l'électricité issue d'énergies renouvelables et que les règles de preuve applicables sont respectées, on parle d'hydrogène vert. Dans l'UE, il est désigné juridiquement comme carburant ou combustible renouvelable d'origine non biologique (RFNBO).

La principale caractéristique technique est la puissance électrique. Elle est exprimée en kilowatts ou en mégawatts, et en gigawatts pour les très grandes installations. Elle indique la quantité d'électricité que l'installation peut absorber à un instant donné. La quantité d'hydrogène produite, en revanche, est exprimée en kilogrammes, en tonnes ou en unités d'énergie. Un kilogramme d'hydrogène contient environ 33,3 kilowattheures d'énergie chimique sur la base du pouvoir calorifique inférieur et environ 39,4 kilowattheures sur la base du pouvoir calorifique supérieur. Les installations actuelles nécessitent nettement plus d'électricité pour cela. Dans un exemple relatif à une installation de 100 mégawatts, le Centre commun de recherche de l'UE (JRC) retient 55 kWh par kilogramme au niveau du système et 49 kWh par kilogramme pour l'empilement de cellules (stack) seul. Cela correspond à un rendement du système d'environ 60 pour cent par rapport au pouvoir calorifique inférieur. Une analyse du ministère américain de l'Énergie pour les installations PEM retient en moyenne environ 57 kWh par kilogramme sur la durée de vie, parce que les cellules vieillissent. Des valeurs d'environ 50 à 60 kWh par kilogramme constituent donc une fourchette réaliste pour les électrolyseurs basse température. Pour les indications chiffrées, il faut toutefois vérifier si elles concernent uniquement le stack ou l'ensemble du système avec ses installations annexes telles que redresseurs, purification des gaz et refroidissement. La compression pour le transport ou le stockage s'y ajoute souvent. L'écart entre l'électricité utilisée et l'énergie chimique se manifeste surtout sous forme de chaleur.

Un électrolyseur n'est donc pas un stockage d'électricité au sens strict, comme une batterie. Il convertit l'électricité en un autre vecteur d'énergie. Celui-ci peut être stocké, transporté et utilisé plus tard, mais chaque conversion supplémentaire coûte de l'énergie. Si l'hydrogène est ensuite reconverti en électricité, par exemple dans une pile à combustible ou une centrale à gaz, le rendement global est nettement inférieur à celui d'une utilisation directe de l'électricité ou d'un stockage par batteries. Un électrolyseur est donc surtout pertinent là où l'hydrogène lui-même est nécessaire, ou là où l'électricité ne peut pas être utilisée directement dans le temps, dans l'espace ou dans un autre secteur.

Variantes techniques et mode de fonctionnement

Il existe plusieurs technologies d'électrolyse :

  • Les électrolyseurs alcalins fonctionnent avec une solution alcaline comme électrolyte. Ils sont éprouvés industriellement de longue date et conviennent aux grandes installations.

  • Les électrolyseurs PEM fonctionnent avec une membrane échangeuse de protons. Ils réagissent rapidement aux variations de charge et sont donc considérés comme bien adaptés à l'électricité fluctuante d'origine éolienne et solaire. En contrepartie, ils nécessitent des catalyseurs contenant des métaux précieux tels que l'iridium et le platine.

  • Les électrolyseurs haute température (oxyde solide, SOEC) décomposent la vapeur d'eau à plusieurs centaines de degrés Celsius. Lorsque de la vapeur ou de la chaleur résiduelle d'un procédé industriel est disponible, la consommation d'électricité diminue nettement. Les fabricants indiquent alors des valeurs d'environ 40 kWh par kilogramme ou moins. Cette technique est toutefois liée à des sources de chaleur et à un fonctionnement régulier, et elle est encore moins répandue.

  • L'électrolyse à membrane échangeuse d'anions (AEM) combine des caractéristiques de la technologie alcaline et de la technologie PEM. Elle se trouve en grande partie encore aux premières phases de développement et de commercialisation.

Pour le système électrique, c'est la flexibilité technique d'un électrolyseur qui compte. Elle n'est toutefois pas la même chose que la flexibilité économique. Une installation peut modifier techniquement sa puissance rapidement et dépendre malgré tout d'un taux d'utilisation élevé. Les électrolyseurs sont capitalistiques. S'ils ne fonctionnent que quelques heures par an, l'investissement, le raccordement au réseau, le personnel, la maintenance et le financement se répartissent sur peu d'hydrogène. L'hydrogène devient alors cher, même si l'électricité est bon marché pendant ces heures. À l'inverse, si l'installation fonctionne très fréquemment, elle consomme inévitablement aussi de l'électricité pendant des heures à prix plus élevés ou de production renouvelable rare. Des montées et baisses de puissance fréquentes peuvent en outre accélérer le vieillissement des cellules.

Il ne s'agit donc plus seulement de l'idée simple d'utiliser de l'électricité excédentaire bon marché. Il s'agit d'un arbitrage entre prix de l'électricité, taux d'utilisation, tarifs de réseau, règles de soutien, débouchés de l'hydrogène et besoins de stockage. Un électrolyseur est un consommateur flexible lorsque son fonctionnement peut réagir à des signaux de prix, à des situations de réseau ou à la production renouvelable. Le simple fait qu'il produise de l'hydrogène ne le rend pas automatiquement utile au système.

Distinction par rapport à l'électrolyse, au Power-to-Gas et à l'hydrogène

L'hydrogène est le produit d'un électrolyseur, mais tout hydrogène ne provient pas de l'électrolyse. À l'échelle mondiale, il est jusqu'ici produit de façon très majoritairement fossile. Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), la production d'hydrogène a consommé en 2024 environ 290 milliards de mètres cubes de gaz naturel et environ 90 millions de tonnes d'équivalent charbon. Le gaz naturel est le plus souvent converti par reformage à la vapeur, tandis que le charbon est gazéifié surtout en Chine. L'hydrogène à faibles émissions représentait moins d'un pour cent de la production. La puissance d'électrolyse installée dans le monde s'élevait fin 2024 à environ 2 gigawatts. Un électrolyseur ne rend pas à lui seul l'hydrogène neutre pour le climat. L'origine et le moment de l'électricité utilisée sont déterminants.

Le Power-to-Gas est le cadre plus large dans lequel l'électricité est convertie en vecteurs d'énergie gazeux. Il peut s'agir d'hydrogène ou de méthane de synthèse, lorsque l'hydrogène est méthanisé avec du CO₂. L'électrolyseur en est une installation centrale possible, mais pas l'ensemble du système. Celui-ci comprend aussi le traitement de l'eau, l'électronique de puissance, la compression, le refroidissement, le stockage, les équipements de sécurité, les conduites, les concepts de mesure et les acheteurs. Pour les grands projets s'y ajoute l'intégration dans les réseaux électriques, les réseaux d'hydrogène, les parcs industriels ou les ports.

La distinction par rapport à la batterie est également importante. Une batterie stocke l'électricité à court terme avec un rendement élevé et la restitue sous forme d'électricité. Un électrolyseur, en revanche, produit un vecteur d'énergie chimique. Celui-ci peut être utilisé dans les aciéries, les raffineries, la chimie, le transport maritime ou comme stockage de longue durée sur des semaines et des saisons. Pour les fluctuations de courte durée sur le réseau, une batterie est le plus souvent plus efficace. Mais là où des molécules sont nécessaires, une batterie ne peut pas remplacer l'hydrogène.

Pourquoi les électrolyseurs sont pertinents pour le système électrique

Les électrolyseurs relient le secteur électrique à des parties de l'industrie, des transports et de l'approvisionnement en chaleur qui ne peuvent pas être simplement électrifiées directement. Dans la sidérurgie, l'hydrogène peut remplacer le carbone comme agent réducteur. La chimie a besoin d'hydrogène pour l'ammoniac, le méthanol et d'autres produits de base. Les raffineries l'utilisent déjà aujourd'hui, mais jusqu'ici produit majoritairement de façon fossile. Si ce besoin doit à l'avenir être couvert de manière renouvelable, il en résulte une consommation d'électricité supplémentaire considérable.

Pour le système électrique, ce n'est pas seulement la quantité d'énergie qui compte, mais aussi son profil dans le temps. Celui-ci influence la charge du réseau, les besoins de production et les prix du marché. Un exemple de calcul : un électrolyseur de 100 mégawatts avec 4 000 heures de pleine charge par an consomme environ 400 gigawattheures d'électricité. À 55 kWh par kilogramme, cela donne environ 7 300 tonnes d'hydrogène. Avec 8 000 heures, la consommation et la production doublent à peu près. Il y a une grande différence selon que ces heures correspondent surtout à des périodes de vent fort et de prix bas ou que l'installation soutire de l'électricité presque en continu. La quantité annuelle seule dit peu de chose de l'effet sur la charge résiduelle, sur les congestions du réseau et sur les besoins en centrales.

Les électrolyseurs peuvent apporter de la flexibilité lorsqu'ils peuvent décaler leur production dans le temps et que l'on dispose d'un stockage d'hydrogène ou d'acheteurs flexibles. Une aciérie ayant un besoin continu d'hydrogène laisse peu de marge de manœuvre à l'électrolyseur, tant qu'aucun stockage suffisamment grand ne s'interpose. Un projet situé sur un site éolien peut utiliser de l'électricité qui serait sinon touchée par l'écrêtement. Il faut néanmoins des règles fiables pour l'approvisionnement en électricité, le transport de l'hydrogène et son enlèvement. La flexibilité résulte de l'ensemble de la chaîne, et non du seul électrolyseur.

Cadre juridique dans l'UE et en Allemagne (état : novembre 2026)

Dans l'UE, le règlement délégué (UE) 2023/1184 définit quand l'électricité utilisée pour la production de RFNBO, c'est-à-dire en règle générale d'hydrogène issu de l'électrolyse, est considérée comme entièrement renouvelable. Les règles s'appliquent aussi à l'hydrogène produit hors de l'UE et importé. L'électricité renouvelable peut provenir d'une installation directement raccordée ou du réseau. Pour l'électricité du réseau, trois exigences s'appliquent principalement. Premièrement, l'additionnalité : les contrats d'approvisionnement en électricité doivent en règle générale porter sur de nouvelles installations éoliennes ou solaires mises en service au plus 36 mois avant l'électrolyseur. Deuxièmement, la corrélation temporelle : jusqu'à fin 2029, il suffit que production et consommation se situent dans le même mois calendaire ; ensuite, le bilan horaire s'applique. Troisièmement, la corrélation géographique : la production d'électricité et l'électrolyseur doivent en principe se situer dans la même zone de dépôt des offres. Il existe des exceptions, par exemple pour les zones de dépôt des offres dont la part d'énergies renouvelables dépasse 90 pour cent. Pour les installations mises en service avant 2028, des règles transitoires relatives à l'additionnalité s'appliquent en outre. Plus de détails sous critère d'additionnalité pour l'hydrogène vert.

En Allemagne, selon le § 118, alinéa 6, de l'EnWG (loi sur l'industrie énergétique), les électrolyseurs sont exemptés des tarifs de réseau pour leur soutirage d'électricité pendant 20 ans à compter de la mise en service, s'ils sont mis en service avant le 4 août 2029. Pour les installations mises en service plus tard, le droit en vigueur ne prévoit pas cette exemption. L'Agence fédérale des réseaux (Bundesnetzagentur) travaille à une refonte de la systématique des tarifs de réseau. Il est également discuté si et comment les électrolyseurs situés sur des sites utiles au réseau seront allégés à l'avenir. La forme du régime de remplacement était encore ouverte à la date de rédaction. Un autre instrument est la règle « utiliser au lieu d'écrêter » selon le § 13k de l'EnWG. Elle peut inciter à une consommation supplémentaire dans les régions de congestion.

Idées reçues fréquentes

Une idée reçue répandue est que les électrolyseurs n'utiliseraient que de l'électricité excédentaire. Avec la part croissante de l'éolien et du solaire, il y a certes des heures à prix très bas et de l'électricité écrêtée au niveau régional. Ces volumes ne suffisent toutefois pas automatiquement à exploiter de grandes installations de manière rentable. L'électricité écrêtée est en outre souvent liée à des congestions du réseau. Un électrolyseur doit donc être situé au bon endroit, être techniquement disponible et disposer d'un acheteur pour l'hydrogène. Sinon, un volume excédentaire théorique ne devient pas un modèle économique viable.

Une deuxième idée reçue concerne les pertes. L'hydrogène produit à partir d'électricité est moins bon sur le plan énergétique que l'électrification directe. Il n'en résulte toutefois pas que les électrolyseurs soient superflus. Pour les pompes à chaleur, les voitures électriques et de nombreux procédés à basse température, l'utilisation directe de l'électricité est le plus souvent préférable. Pour certains procédés industriels, des produits chimiques de base, le stockage de longue durée et quelques domaines du transport, l'hydrogène peut néanmoins être la solution appropriée. L'évaluation dépend de l'application, et non d'une comparaison globale des rendements.

Une troisième idée reçue concerne la puissance installée. L'annonce d'un électrolyseur d'un gigawatt dit peu de chose de la quantité réelle d'hydrogène tant que les heures de pleine charge, l'approvisionnement en électricité, le raccordement au réseau, le site et les acheteurs ne sont pas clairs. De nombreux projets annoncés ont en outre été reportés ou annulés. L'AIE a abaissé en 2025, pour la première fois, ses attentes concernant la production possible d'ici 2030 à partir de projets annoncés. Pour l'effet sur le climat, il importe en outre de savoir quelle production d'hydrogène fossile ou quel combustible fossile est effectivement remplacé. Si le besoin supplémentaire en électricité n'est pas couvert par une production renouvelable supplémentaire, les émissions et les coûts se déplacent vers le secteur électrique.

Intégration institutionnelle et économique

Les électrolyseurs se situent à l'interface de plusieurs corpus de règles. En tant que consommateurs d'électricité, ils sont concernés par les tarifs de réseau, les prélèvements, les taxes, les conditions de raccordement et les concepts de mesure. En même temps, ils produisent un vecteur d'énergie auquel s'appliquent des garanties d'origine, des critères de durabilité, des programmes de soutien, des règles de transport et des contrats de fourniture avec l'industrie. Quiconque veut comprendre l'effet d'un électrolyseur doit connaître les règles qui rémunèrent, limitent ou favorisent son fonctionnement.

Dans le choix du site, ces dépendances apparaissent particulièrement clairement. Un électrolyseur proche d'une grande production renouvelable peut atténuer les congestions du réseau et utiliser de l'électricité qui serait sinon difficile à évacuer. Un site proche de l'industrie économise des coûts et des pertes lors du transport de l'hydrogène. Un site disposant d'un bon stockage d'hydrogène permet un fonctionnement plus flexible. Ces objectifs ne coïncident pas toujours. Des conflits surgissent là où le réseau électrique, l'infrastructure d'hydrogène, les besoins industriels et les règles de marché suggèrent chacun d'autres sites.

L'électrolyseur représente ainsi un déplacement central de la transition énergétique : l'électricité devient de plus en plus la base d'autres vecteurs d'énergie et de la création de valeur industrielle, un élément central du couplage sectoriel. Cela accroît le besoin de production renouvelable, de développement du réseau, de stockage et de règles claires pour la demande flexible. Le terme ne désigne donc pas une machine en marge du système électrique. Il désigne un grand consommateur pilotable qui convertit l'énergie électrique en énergie utilisable chimiquement. Sa valeur dépend de la question de savoir si cette conversion est organisée de manière techniquement propre, économiquement viable et adaptée au système.

Sources

Autres entrées du glossaire

Edited by eCMS on 11.11.2026 19:44

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