Hydrogène en Corse : applications au secteur de l'électricité et du transport
Présentation
Je suis Maud, ingénieur d'étude au laboratoire Sciences Pour l'Environnement (SPE) à Ajaccio. Avec mon collègue Chugoun, ingénieur de recherche à l'Université de Corse Pascal Paoli, nous présentons les travaux de recherche menés au laboratoire sur l'intégration du vecteur hydrogène dans une zone non interconnectée, avec des applications au secteur de l'électricité et des transports.
Ces travaux ont été financés par deux projets ANR — le projet IL et le projet UNITI — en partenariat avec l'Université de Corse, l'Université de Bourgogne-Franche-Comté, le laboratoire FEMTO-ST de Belfort et le laboratoire SPE d'Ajaccio.
Rappel des travaux précédents — Chugoun
Les travaux présentés lors du webinaire précédent portaient sur l'optimisation de la chaîne logistique hydrogène à l'échelle de la Corse à l'horizon 2050, à l'aide d'un algorithme mathématique développé dans l'environnement GAMS.
Le modèle couvre l'ensemble de la chaîne : sources d'énergie renouvelables (photovoltaïque, éolien) ou réseau local, production d'hydrogène par électrolyseurs PEM ou alcalins, stockage sous forme comprimée ou liquéfiée, et distribution dans neuf zones territoriales distinctes. La demande modélisée couvre la mobilité légère, lourde et les navettes maritimes.
Contexte : les zones non interconnectées
La France compte dix zones non interconnectées (ZNI) au sens électrique — territoires où la production d'électricité est gérée localement : la Corse et les départements d'outre-mer.
Ces zones partagent plusieurs caractéristiques :
— Une production électrique majoritairement voire totalement fossile, issue d'importations extérieures
— Un coût de production trois fois supérieur à la France continentale (~80 €/MWh) : entre 250 et 650 €/MWh selon les ZNI
— Une compensation CSPE permettant aux usagers de bénéficier des mêmes tarifs que le continent
— Une production cinq fois plus carbonée que la France continentale
La loi de transition énergétique pour la croissance verte fixe un objectif d'autonomie énergétique à 2030 pour toutes les ZNI, et à 2050 pour la Corse spécifiquement, avec une production électrique totalement renouvelable à cet horizon.
Le mix électrique corse aujourd'hui
Depuis 2005, le mix électrique corse repose sur un trépied énergétique :
— Un tiers de production renouvelable, majoritairement hydraulique
— Un tiers de production thermique, avec deux centrales au nord et au sud
— Un tiers d'importations électriques depuis l'Italie et la Sardaigne
En 2023, seulement 38 % du mix est renouvelable. La production reste très dépendante des ressources fossiles et coûteuse.
L'Assemblée de Corse a adopté pour 2050 trois objectifs : réduction des émissions de gaz à effet de serre du secteur énergétique de 89 %, abaissement de la consommation d'énergie finale de 54 %, et production électrique majoritairement issue de sources renouvelables locales.
Les leviers pour atteindre l'autonomie énergétique
Deux leviers principaux ont été identifiés.
Le premier est la décarbonation de la production : développement des énergies renouvelables, retrait des centrales thermiques et mise en service d'une centrale alimentée au bioliquide (centrale du Ricanto). Ce levier implique l'ajout de systèmes de stockage pour pallier l'intermittence des ENR.
Le second est la diminution des consommations d'énergie finale : électrification des usages, développement des véhicules électriques et actions de maîtrise de la demande comme la rénovation thermique des bâtiments.
Nos travaux de recherche se concentrent sur ces deux leviers : l'ajout de systèmes de stockage et l'électrification des usages.
Déploiements hydrogène existants en Corse
Deux installations sont déjà opérationnelles :
— La plateforme MYRTE, où est basé le laboratoire SPE, couplant un champ solaire à plusieurs chaînes hydrogènes pour le service réseau, avec une station de distribution alimentant un véhicule à hydrogène
— Le déploiement Corse-Tyrrhène au sud, alimentant des chariots élévateurs à l'hydrogène
Trois projets sont en cours de développement : deux lauréats de l'appel à projets ADEME Écosystèmes Territoriaux Hydrogène pour décarboner les ports d'Ajaccio et de Bastia, et le projet Folleli de Corsicasol, visant à convertir les excédents de production solaire en hydrogène.
Méthodologie de modélisation
Le réseau électrique
Face à la complexité du réseau de distribution (plus de 6 000 postes sources), nous avons réduit le modèle au réseau haute tension de Corse à 90 kV, en utilisant l'outil open source PYPSA.
Le réseau corse compte 33 postes sources HTB, répartis en 28 postes de distribution (raccordant charges, générateurs et systèmes de stockage) et 5 postes d'injection (raccordant les grands générateurs : barrages hydroélectriques et centrales thermiques). Les importations depuis l'Italie et la Sardaigne sont modélisées par une liaison haute tension de 150 kV.
Le modèle a été validé sur les données 2018 et 2019, puis enrichi pour 2050 avec les potentiels renouvelables additionnels, la nouvelle centrale bioliquide et les trajectoires de consommation.
La consommation électrique
La consommation des 360 communes corses a été répartie selon une approche bottom-up sur 20 postes sources de distribution. Le ratio de consommation par poste est supposé constant jusqu'en 2050, avec deux trajectoires d'évolution : tendancielle ou modérée (avec davantage d'actions de maîtrise de la demande).
Le réseau hydrogène
Le réseau hydrogène a été modélisé sous deux configurations selon l'application :
— Stockage basse pression pour les applications stationnaires (service réseau)
— Stockage haute pression pour la mobilité (bus), nécessitant une compression de l'hydrogène
Les électrolyseurs sont directement raccordés au réseau électrique. L'hydrogène produit est soit comprimé et stocké haute pression pour la distribution, soit stocké à la pression de sortie de l'électrolyseur et restitué via une pile à combustible pour la production d'électricité.
La demande en hydrogène pour la mobilité
La demande a été modélisée à partir de la conversion des flottes de bus d'Ajaccio et de Bastia :
— Ajaccio : 6 bus, 502 litres de diesel/jour, 5,3 MWh à fournir → 162 kg H₂/jour
— Bastia : 5 bus → 110 kg H₂/jour
La demande pour la production d'électricité
Deux applications stationnaires ont été modélisées : la consommation de la zone portuaire d'Ajaccio (bâtiments et quais) et l'alimentation des ferries à quai, actuellement raccordés à leurs moteurs diesel pendant des escales pouvant atteindre 10 heures.
Résultats pour le réseau électrique 2050
La simulation retenue intègre la nouvelle centrale bioliquide, les capacités renouvelables PV et éolien portées à leur maximum, sans renforcement de la capacité d'importation.
Résultats :
— Capacité électrique totale : 1 650 MW
— Production annuelle : ~2 900 GWh, répartie entre bioliquide (25 %), photovoltaïque et hydraulique
— Coût de production : 89 €/MWh, soit une réduction de 61 % par rapport à aujourd'hui
— Réduction des émissions de CO₂ de la production électrique : 70 %
— Aucun renforcement des lignes électriques nécessaire
L'ajout de 700 MW de PV a été rendu possible par l'installation des équipements hydrogène sur l'île.
Résultats pour le réseau hydrogène
— Consommation annuelle d'hydrogène en stationnaire : 13 kT
— Consommation annuelle pour la mobilité (deux stations de bus) : 0,1 kT
— Coût de production de l'hydrogène : 117 €/MWh, soit 5,8 €/kg
Ce coût reste élevé par rapport aux projections mondiales, mais s'explique par la nécessité d'installer l'intégralité de la chaîne depuis zéro sur une île sans infrastructure existante.
Les équipements nécessaires comprennent 150 MW d'électrolyseurs répartis sur l'île (fonctionnant 5 à 12 heures par jour, principalement sur surplus solaire), 49 tonnes de stockage basse pression par jour, et 183 MW de piles à combustible réparties sur l'île (fonctionnant en soirée et en début de journée).
Zoom sur la station d'Ajaccio
Pour une flotte de 6 bus et une demande de 161 kg H₂/jour, la station requiert :
— Un électrolyseur de 1,5 MW consommant 2,4 GWh/an, sur une surface de 225 m²
— Un compresseur de 0,5 MW consommant 2 GWh/an, sur une surface de 156 m²
— Un coût total d'installation estimé à 1,5 M€
L'électrolyseur produit principalement en journée à partir du surplus solaire du poste source d'Ajaccio. Le compresseur fonctionne en début et en fin de journée pour remplir les bus avant et après leur service.
Impacts non économiques évalués
— Surface nécessaire pour les électrolyseurs : à prendre en compte, surtout en zones densément peuplées
— Consommation d'eau pour l'électrolyse : 17 500 m³ — sans impact sur la consommation d'eau potable de l'île
— Volume de stockage aux postes sources : 1 743 m³, concentrés principalement à Ajaccio et Bastia, avec des contraintes réglementaires de sécurité à anticiper
— Analyse de cycle de vie (ACV) réalisée pour évaluer l'impact environnemental global de l'ajout des chaînes hydrogène
Conclusions
L'hydrogène peut contribuer de manière significative au mix de production renouvelable corse en 2050, en valorisant les surplus de production solaire et en les restituant lors des heures de faible disponibilité. Il permet également de réduire les émissions de gaz à effet de serre pour la mobilité et le service réseau.
Les verrous identifiés sont les contraintes de surface dans les zones à forte densité, les contraintes réglementaires (réserves naturelles, parcs), et le coût des installations.
Perspectives
— Conversion de la centrale bioliquide en centrale à hydrogène, grâce aux moteurs tricombustibles prévus (gaz, fioul léger, bioliquide), pour constituer un écosystème hydrogène complet
— Intégration des effets du changement climatique dans les modèles, les données historiques de rayonnement solaire et de vent ne reflétant plus nécessairement les conditions futures
— Affinement du modèle en intégrant les contraintes géographiques et réglementaires (réserves naturelles, parcs)
Questions-réponses
Sur les stations ouvertes à la mobilité légère — Le modèle est actuellement limité à la mobilité lourde, mais peut être étendu à des profils de véhicules légers à hydrogène ou électriques.
Sur les moteurs tricombustibles de la centrale du Ricanto — Les moteurs prévus (capacité totale ~112 MW) peuvent fonctionner au gaz, fioul léger ou bioliquide. L'alimentation au gaz a été abandonnée faute de réseau gazier en Corse (coût estimé à 1 milliard d'euros). Le bioliquide (huile de colza importée) a finalement été retenu, avec des émissions directes nulles.
Sur le prix de 5,8 €/kg — Il s'agit du coût de revient de production, intégrant l'électrolyseur, le compresseur et les coûts de fonctionnement. Ce n'est pas le prix payé à la pompe.
Sur la comparaison hydrogène vs batteries — Un module de stockage par batteries a été envisagé mais non retenu, la PPE Corse privilégiant l'hydrogène vert. Les coûts des deux technologies devraient baisser d'ici 2050, y compris les coûts de démantèlement des batteries à intégrer dans l'optimisation.
Sur l'intensité carbone de l'hydrogène produit — Le modèle est projeté à 2050 avec un mix sans thermique ni importations. L'hydrogène produit sera donc peu carboné, issu principalement de surplus renouvelables et de bioliquide à émissions directes nulles.
Sur la pression de distribution — Les stations sont dimensionnées à 350 bars (mobilité lourde). Une adaptation à 700 bars pour les véhicules particuliers est possible en modifiant le compresseur.
Sur la durée de vie des équipements — La durée de vie moyenne retenue est de 7 à 10 ans, avec renouvellement des investissements à l'issue de chaque cycle.
Sur les liens avec le tissu entrepreneurial — Les résultats de recherche sont intégrés aux projets EPFH 2A et 2B de Corsica Energia, lauréats des appels à projets ADEME Écosystèmes Territoriaux Hydrogène.
