Hydrogène : progresser sur la sécurité

Depuis quelques années, la filière hydrogène est en plein essor. En France, 7 milliards d’euros de soutien public sont prévus pour la développer, dans sa version décarbonée, jusqu’en 2030 dans le cadre d’une stratégie nationale portée par le Gouvernement. D’ici la fin de la décennie, le nombre de véhicules légers fonctionnant grâce à de l’hydrogène en circulation devrait passer de 400 à 300 000. Les stations d’avitaillement passeraient de leur côté de 40 à 1 000 unités à la même échéance. Partout dans le monde, ce gaz devrait prendre une place toujours plus importante. L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que pour atteindre la neutralité carbone, le volume d’H2 consommé pourrait être multiplié par six, atteignant plus de 500 millions de tonnes dans le monde. Les puissances des installations vont aussi augmenter : les électrolyseurs dont les puissances atteignent aujourd’hui seulement quelques mégawatts laisseront la place à des gigafactories de plusieurs gigawatts. Enfin, la filière va se transformer. Aujourd’hui la molécule est produite très majoritairement de manière carbonée (vaporeformage gaz naturel, gazéification du charbon, etc.). Elle est transportée sur de courtes distances, essentiellement sous forme gazeuse par des canalisations dédiées ou par la route, avant d’être utilisée dans la chimie ou la sidérurgie.

À l’avenir, la filière va se complexifier avec des procédés de production nouveaux et souvent décarbonés (électrolyse, gazéification, pyrolyse) et des modes de distribution plus variés : sous forme cryogénique, liquide, dans des matériaux solides ou en utilisant des molécules secondaires telles que l’ammoniac, les e-carburants ou des vecteurs liquide d’hydrogène (LHC). « Les usages aussi vont se multiplier : ils concerneront l’équilibrage de réseau, la production d’énergie hors-réseau, les bâtiments, la mobilité et bien sûr toujours l’industrie. Ces derniers vont également considérablement se décentraliser, disséminant des projets sur l’ensemble du territoire. Beaucoup d’acteurs nouveaux pas forcément habitués à ce gaz vont devoir s’y familiariser alors qu’il pose des questions importantes sur la maîtrise du risque », expose Franz Lahaie, chargé de mission hydrogène à l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (Ineris)*.

Un gaz potentiellement dangereux

L’hydrogène présente un intérêt énergétique majeur. De plus, il est inodore, incolore, non toxique et non corrosif. Mais il ne présente pas que des avantages… Plus petit atome en masse de l’univers, ses caractéristiques sont aussi une faible viscosité et une grande perméation : la molécule d’H2 possède donc tous les atouts pour s’échapper de son contenant. En outre, elle dégrade les métaux et les alliages, favorisant encore les fuites. Ainsi, hautement inflammable, l’hydrogène peut entraîner des explosions. L’accident du dirigeable LZ 129 Hindenburg, s’écrasant en flammes sur un aéroport américain en 1937 lui a d’ailleurs valu une assez mauvaise réputation. « Il a une plage d’explosivité beaucoup plus large que le méthane. Son énergie minimale d’inflammation est de 17 μJ contre 200. Sa vitesse de combustion est aussi plus rapide (3,3 millisecondes contre 0,5) », détaille Benno Weinberger, responsable d’affaires, d’études et recherche à l’Ineris. Le Bureau d’analyse des risques et pollutions industriels (Barpi), qui dépend du ministère de la Transition écologique, est chargé de rassembler, d’analyser et de diffuser les informations et le retour d’expérience en matière d’accidents industriels et technologiques.

Cet organisme a répertorié 213 accidents dans le monde ces dernières années. 84 % des évènements sont des incendies et/ou des explosions. Ils ont entraîné la mort de 25 personnes et en ont blessé 100 autres. En général, les victimes travaillaient sur place et la moitié des incidents mortels se sont produits lors d’interventions de maintenance. 16 % des incidents sont des fuites non enflammées, des emballements sans explosion ou des phénomènes de corrosion détectés avant un accident. Plus de 70 % des accidents ont une origine humaine. Il s’agit le plus souvent de procédures non suivies ou d’intervenants mal formés. Concernant les équipements, la tuyauterie peut être en cause si l’entretien n’est pas bien réalisé ou en cas de mauvaise installation. Le Barpi a également constaté des phénomènes de surpressurisation des réservoirs de stockage et des infiltrations d’oxygène ou d’air dans certaines installations. L’Ineris appuie donc sur la nécessité de mieux former les ingénieurs et les techniciens au risque hydrogène, tout en partageant les retours d’expériences des accidents et des incidents auprès de la profession.

Modéliser pour prévenir

Pour se prémunir des accidents liés à l’utilisation de l’hydrogène et mieux évaluer leurs conséquences, il faut réaliser des études de sécurité. « Il est nécessaire de disposer d’outils et de méthodes de modélisation des phénomènes dangereux précis et qualifiés sur des essais représentatifs de situations réelles », expose Jérôme Daubech, ingénieur études et recherche à l’Ineris. L’institut met en œuvre des modélisations numériques et des expérimentations à grande échelle sur des sites dédiés. Les deux méthodologies sont en effet complémentaires. Les tests en conditions réelles apportent des données qui peuvent servir de situation de référence et permettre de construire des modèles physiques ou numériques. Ces expérimentations ont abouti à la mise en place d’une méthodologie pour appréhender la violence de l’explosion en fonction du débit de fuite. « L’Ineris a mis en place une installation modulaire dont les dimensions sont similaires à celle d’un container de 20 pieds. Elle permet de simuler différentes explosions et de déterminer l’influence de la position des évents et des grilles de ventilation de décharge d’explosion », détaille Jérôme Daubech. Alors que les installations utilisant de l’hydrogène se multiplient, y compris dans les espaces fortement urbanisées, ces expériences restent indispensables pour éviter des accidents potentiellement catastrophiques.

Une réglementation à adapter

La réglementation autour de l’H2 est déjà assez fournie et recoupe de nombreuses technologies très hétérogènes. Installations de production d’hydrogène par électrolyse, stockage, transport, distribution, mobilité… chacun bénéficie de textes propres. Toutefois, pour accompagner l’essor de l’hydrogène en toute sécurité, il faudra encore l’adapter. « Le cadre réglementaire est relativement mature pour la mobilité légère. En revanche, il y a encore beaucoup de chantiers à mener dans le domaine de la mobilité lourde, en particulier dans les ports, les aéroports, les tunnels ou les parkings souterrains. Il faudra aussi progresser sur l’extraction de l’hydrogène naturel et l’injection dans les réseaux de gaz », souligne Franz Lahaie. Il reste aussi du travail à réaliser sur le thème de la normalisation et la certification des systèmes. Il est indispensable d’adapter les normes aux spécificités de l’hydrogène et de créer des schémas de certification pour garantir la conformité des systèmes.

* Les propos des membres de l’Ineris ont été recueillis lors d’un webinaire organisé le 20 octobre dernier par l’organisation et qui était intitulé : « risque hydrogène : et si on en parlait ? »