Ce mois de mai devait voir l’inauguration de la gigafactory du fabricant français d’électrolyseurs alcalins McPhy, à Belfort. La deuxième en France, après celle du belge John -Cockerill fin 2022, à Aspach-Michelbach (Haut-Rhin), toujours dans l’alcalin, et avant celle d’Elogen prévue en 2025 à Vendôme (Loir-et-Cher), qui utilisera la technologie PEM (à membrane échangeuse de protons). Les projets de grande envergure se succèdent pour répondre à l’ambition du gouvernement d’atteindre en six ans 6,5 GW de capacité de production d’hydrogène bas carbone. Mais l’équation reste complexe pour les industriels. Il s’agit de passer très rapidement d’une fabrication quasiment artisanale de petits électrolyseurs à une production en série d’électrolyseurs géants, qui devra faire face à la terrible pression des industriels chinois, plus compétitifs et déjà dominants.
«Cela demande une symbiose entre les équipes de R&D et celles qui vont fabriquer le produit, avance Benoît Barrière, le directeur des nouvelles technologies de McPhy. Nous intégrons l’industrialisation dès les premières phases d’élaboration de ce produit. Lorsque nous mettions au point nos stacks de 4 MW, les équipes responsables de l’industrialisation réfléchissaient déjà à la meilleure façon de les fabriquer dans notre gigafactory. Ils nous ont fait des retours que nous avons pu prendre en compte très en amont.»
Vincent Voegtlin / MaxPPP Le groupe belge John Cockerill a démarré fin 2023 la production de son usine à Aspach-Michelbach (Haut-Rhin). © Vincent Voegtlin / MaxPPP
Partenariats et codéveloppement
Chez Genvia, créé en 2021 pour porter sur le marché une technologie d’électrolyse haute température à oxyde solide issue du CEA et considérée comme moins mature, la recherche fondamentale va de pair avec la R&D sur les procédés et les machines de production. «Nous continuons à améliorer les éléments intégrant la science des matériaux au CEA-Liten, à Grenoble, souligne Florence Lambert, la présidente de l’entreprise héraultaise. Mais nous testons aussi de nouveaux équipements de fabrication à petite échelle, avant de collaborer avec l’équipementier pour passer à l’échelle industrielle.» Car le problème est que «peu d’équipementiers, actuellement, sont capables de répondre à nos demandes dans cette optique», déplore-t-elle. Genvia a opté pour une stratégie de partenariat avec les sociétés Horiba et ECM afin d’être dans une logique de codéveloppement, «sur les segments critiques de la production pour le premier et des -produits pour le second».
Gen-Hy, qui conçoit une technologie d’électrolyse à membrane échangeuse d’anions et compte ouvrir sa première usine en 2025, a également choisi de nouer des partenariats : «Nous avons développé avec Eiffage un robot dédié qui permet, grâce à un préhenseur, de saisir plusieurs types de matériaux en fonction du besoin – membranes, électrodes… – et de les intégrer le plus précisément possible», raconte Sébastien Le Pollès, le président de la start-up.
Élargir les compétences
Certains fabricants, comme John Cockerill, ont l’avantage de pouvoir s’appuyer sur les compétences d’autres branches en interne pour concevoir leurs propres équipements. «Nous vendons des lignes de traitement de surface à des acteurs de l’aérien. Or c’est une compétence critique pour fabriquer des électrolyseurs, explique Raphaël Tilot, le dirigeant de John Cockerill Hydrogen. Nous en avons installé une dans notre usine d’Aspach, la plus grande de ce type en Europe. Elle permettra de revêtir de nickel les pièces en contact avec l’électrolyte à l’intérieur des stacks pour éviter leur corrosion.» Cette ligne est capable de nickeler les cellules de 1,8 mètre de diamètre, mais aussi celles de la future génération, bien au-delà de 2 mètres. «Chacun des postes de notre usine est conçu dans cette optique», précise Raphaël Tilot.
Elogen est quant à lui allé chercher des compétences en matière d’industrialisation dans l’industrie manufacturière. «Certains de nos collaborateurs ont l’expérience de l’industrialisation dans l’automobile, par exemple. Nous sommes armés pour le passage à l’étape industrielle à Vendôme», assure Jean-Baptiste Choimet, son directeur général. Reste que mettre en place une filière d’équipementiers dédiés devient urgent, estime Florence Lambert : «Peut-être faudrait-il faire émerger quelques projets transfilières en chimie, en design d’électrodes, en assemblage, pour soutenir le développement d’équipements mobilisables aussi bien pour l’hydrogène que pour les batteries, par exemple.»
Cyril Abad / CAPA Pictures L’assemblage des stacks des électrolyseurs PEM mis au point par Elogen exige une extrême minutie. © Cyril Abad / CAPA Pictures
Jean-Baptiste Choimet renchérit : «Pour délivrer de très grands électrolyseurs, comme nous l’ambitionnons, c’est-à-dire de quelques dizaines de mégawatts, c’est toute une chaîne de valeur qui doit se structurer. De nombreux équipements et composants existent déjà. Le défi, pour les fournisseurs, est de les adapter aux spécificités des électrolyseurs. Un temps d’apprentissage est nécessaire.»
Autre point critique pour la production de masse : l’automatisation des procédés. Jusqu’à présent, la plupart des électrolyseurs étaient fabriqués en petite série et les étapes les plus délicates réalisées à la main. Désormais, les partenariats semblent s’imposer. «Nous travaillons en co-ingénierie avec des entreprises qui ont l’expérience de la conception et de la mise en œuvre des lignes de production automatisées dans d’autres secteurs», indique Jean-Baptiste Choimet.
Automatiser la production
Gen-Hy, qui fabrique aujourd’hui sa membrane en céramique de façon quasi artisanale, a fait appel à un partenaire pour automatiser cette production. «Nous lui avons fourni un cahier des charges sur les intrants et sur ce dont nous avons besoin en sortie, notamment pour la membrane, qui est le point critique de notre technologie», rapporte Sébastien Le Pollès. La difficulté réside dans la mise en forme du «pâton», c’est-à-dire l’assemblage des poudres et des liquides, qui est ensuite travaillé en plusieurs étapes jusqu’à atteindre 400 microns d’épaisseur. «Si actuellement, tout est déjà effectué par des machines, l’ensemble est géré à la main. Nous mettons en place des contrôles infrarouges, des contrôles d’épaisseur, des contrôles de conductivité, afin de vérifier que le process et la qualité de la membrane sont au niveau attendu», énumère le président de Gen-Hy.
Ce processus prend du temps et nécessite un rodage des équipes et des machines, toujours en cours chez John Cockerill, malgré le lancement de la production de sa gigafactory d’Aspach-Michelbach à la fin 2023 : «Nous sommes actuellement en train de qualifier manuellement chacun des îlots, puis nous démarrerons les robots pour charger, décharger, tourner les pièces de façon complètement automatisée. Ensuite, ces îlots seront connectés pour faciliter le transport des cellules de l’un à l’autre. La dernière phase sera le déploiement d’un manufacturing execution system pour atteindre un niveau de qualité très élevé dans l’automatisation», détaille Raphaël Tilot. Malgré l’ampleur du chantier, tous affichent cependant un optimisme sans faille : ils seront prêts.
