REPORTAGE. Jupiter 1000, une centrale qui stocke l’électricité renouvelable sous forme d’hydrogène et de méthane

C’est le problème majeur des sources d’électricité renouvelables : leur intermittence, directement liée aux aléas météorologiques, ne permet pas un approvisionnement continu et oblige à consommer ou à stocker l’électricité produite. L’autre problème, c’est que les technologies de stockage ne sont pas encore suffisamment au point pour permettre une régularité dans l’approvisionnement. Autrement dit, un stockage quand la production est supérieure à la demande et une distribution quand la demande est supérieure à la production. 

Le projet Jupiter 1000 propose un autre moyen de stockage appelé « power to gas » voué à répondre au problème de surproduction et de stockage de l’électricité renouvelable. Littéralement « de la puissance au gaz », l’idée du projet, dirigé par la société de transport de gaz naturel GRTgaz, est de convertir cette électricité bas carbone en hydrogène et en méthane de synthèse, plus facile à stocker et à transporter. 

Sciences et Avenir s’est rendu sur la plateforme de développement de Jupiter 1000, située sur le site industriel de Fos-sur-Mer, près de Marseille, pour mieux comprendre le fonctionnement et l’ambition d’un tel projet.

« La dynamique du secteur de l’hydrogène est en plein essor » 

Premier de la famille du tableau périodique des éléments, l’hydrogène a beau être l’atome le plus abondant de l’Univers, il est très difficile de l’exploiter à l’état pur sur la Terre. Or, aujourd’hui, la France, comme beaucoup d’autres pays, souhaite miser sur ce vecteur d’énergie pour remplir ses objectifs de transition énergétique. « La dynamique du secteur de l’hydrogène est en plein essor et plusieurs projets, dont Jupiter 1000, ambitionne de décarboner sa production qui est, aujourd’hui, majoritairement issue d’énergie fossile », raconte Anthony Mazzenga, directeur du pôle gaz renouvelables & hydrogène chez GRTgaz.
Même si certaines ambitions d’applications font encore face à de nombreux verrous technologiques, notamment dans le secteur de la mobilité, c’est dans le secteur de l’industrie que le remplacement de l’hydrogène fossile par du bas carbone est envisageable à court terme et c’est ce sur quoi Jupiter 1000 se projette. « Les installations de transports de gaz naturel existants, les gazoducs, pourront être convertis et adaptés au transport d’hydrogène, accélérant le processus de transformation » précise le directeur.

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De l’hydrogène renouvelable 

Connue depuis plus de 200 ans, l’électrolyse de l’eau est un procédé qui permet de décomposer la molécule de l’eau (H2O) en dioxygène et en dihydrogène grâce à un courant électrique. Vous commencez à le voir venir, c’est grâce à cette technique que le surplus d’électricité renouvelable sera converti en hydrogène sur le site Jupiter 1000. Mais alors, pourquoi ne pas l’avoir fait plus tôt ? “Dans le passé, l’industrie a fait le choix d’une production d’hydrogène basée sur des ressources fossiles comme le vaporeformage du méthane ou l’oxydation partielle du pétrole, avec un coût certes compétitif mais émetteur de CO2, au détriment de l’électrolyse de l’eau, moins rentable mais neutre en carbone (varie en fonction de l’origine de l’électricité, nldr), rappelle Anthony Mazzenga. Les technologies de production basées sur l’électrolyse de l’eau n’étaient alors pas adaptées à un usage industriel. Avec Jupiter 1000, GRTgaz répond aux lacunes générées par le temps et réussit à réunir toutes les conditions nécessaires au développement d’une technologie sûre, abordable et neutre pour le climat.” 

La technologie d’électrolyse est fournie par l’entreprise française McPhy qui a intégré deux types d’électrolyseur, un alcalin et un PEM (« Proton Exchange Membrane », en français, membrane échangeuse de protons) d’une puissance de 0,5 MW chacun. “Le premier, mis en place en février 2020, est constitué, comme son nom l’indique, d’un liquide alcalin où sont plongées une anode et une cathode, qui séparent la molécule d’eau en dihydrogène et en oxygène quand un courant électrique est émis », décrit Sylvain Lemelletier, directeur de projet chez RICE, le centre de recherche et d’innovation de GRTgaz. « Le second, mis en service en novembre 2021, consiste à séparer les électrodes par une membrane polymère étanche au gaz mais laissant passer les ions hydrogène+. Bien que plus compacte, la technologie PEM requiert des appareils supplémentaires pour la purification de l’eau pure nécessaire à son fonctionnement, rendant l’installation aussi grande que l’alcaline”, précise Monsieur Lemelletier. 

Electrolyseur développé par McPhy. Crédits : GRTgaz et BECHET BENJAMIN

Méthanisation pour recycler le CO2

Le projet Jupiter 1000 ne se cantonne pas uniquement à la production d’hydrogène bas carbone, il inclut également un méthaneur capable de transformer du dioxyde de carbone et de l’hydrogène en méthane de synthèse ou e-méthane (CH4). “Une partie de l’hydrogène produit préalablement par électrolyse est incorporé dans le méthaneur, développé par l’entreprise française Khimod et le CEA, qui réagit avec du CO2 acheminé depuis les cheminées d’une usine voisine grâce à la technologie de captage développée par la société française Leroux & Lotz, pour former du méthane de synthèse directement stocké ou inséré dans le réseau de gaz, indique Sylvain Lemelletier. Le méthaneur vient d’être mis en service et produit ses tout premiers mètres cube de gaz de synthèse ; le fonctionnement de la chaîne est attendu à partir de septembre 2022. »

Cette étape supplémentaire permet à Jupiter 1000 de capter et recycler du CO2 pour faire de nouvelles molécules de gaz qui remplacent autant de gaz naturel qui ne sera pas consommé et qui permet donc de diviser en moyenne par deux les rejets de gaz carbonique dans l’atmosphère, selon GRTgaz.

Méthaneur développé par Khimod et le CEA. Crédits : GRTgaz et BECHET BENJAMIN

Une vitrine pour le futur de l’hydrogène 

Coordonnées par GRTgaz, les collaborateurs cités précédemment mobilisent leur expertise pour tenter de constituer, à l’échelle industrielle, un système “power to gas” concret et réel qui puisse s’intégrer dans un vrai marché et constituer une vraie valeur à la décarbonation de l’industrie. “Le CEA (commissariat de l’énergie atomique) supervise les résultats et aide à la réalisation et au suivi des différentes technologies en jeu, explique Anthony Mazzenga. L’objectif étant de valider les procédés et de fournir aux différents acteurs des données nécessaires au lancement de la filière “power to gas””. 

“Les campagnes d’injection d’hydrogène renouvelable débutées en 2020 se poursuivent et n’ont pas eu d’incidences chez les clients industriels connectés au réseau”, renseigne Sylvain Lemelletier. Des écosystèmes comme celui testé par Jupiter 1000 sont en émergence un peu partout en France et leur concrétisation sera directement liée aux résultats de Jupiter 1000.