Hydrogène gris : tout ce qu'il faut savoir

Issu de ressources fossiles, l’hydrogène gris reste de très loin le mode de production d’hydrogène le plus répandu dans le monde, mais aussi l’un des plus polluants. Bon marché et maîtrisé depuis des décennies, il alimente l’essentiel de l’industrie, du raffinage aux engrais. Production, usages, coût, impact climatique et avenir : voici tout ce qu’il faut savoir sur l’hydrogène gris.

L’hydrogène gris, c’est quoi ?

L’hydrogène est dit « gris » lorsqu’il est produit à partir de combustibles fossiles, principalement le gaz naturel, sans que le CO2 émis lors de sa fabrication soit capté. Il se distingue ainsi de l’hydrogène bleu, issu du même procédé mais dont une partie du CO2 est captée et stockée, et de l’hydrogène vert, produit par électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable.

Très émetteur, l’hydrogène gris produit à partir de gaz naturel génère environ 10 tonnes de CO2 pour chaque tonne d’hydrogène. À l’échelle mondiale, la production d’hydrogène rejette ainsi près d’un milliard de tonnes de CO2 chaque année. Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), la demande mondiale a dépassé 100 millions de tonnes en 2025, dont seulement 1 million de tonnes environ d’hydrogène bas carbone : près de 99 % de l’hydrogène consommé dans le monde est donc encore produit sans réduction de ses émissions.

Comment est produit l’hydrogène gris ?

Le vaporeformage du gaz naturel

L’essentiel de l’hydrogène gris est produit à partir de gaz naturel par vaporeformage. Le méthane réagit avec de la vapeur d’eau surchauffée, entre 700 et 1 000 °C, en présence d’un catalyseur à base de nickel. Cette réaction produit de l’hydrogène et du monoxyde de carbone. Une seconde étape, dite de conversion du « gaz à l’eau », fait réagir ce monoxyde de carbone avec de la vapeur pour produire davantage d’hydrogène et du CO2, à l’aide de catalyseurs à base de fer ou de cuivre. Très énergivore, le procédé émet du CO2 à la fois par la réaction chimique elle-même et par la combustion du gaz nécessaire pour chauffer les installations. Environ deux tiers de l’hydrogène mondial sont produits de cette manière.
 

La gazéification du charbon

L’hydrogène peut aussi être produit en gazéifiant du charbon, que l’on transforme à haute température en un gaz riche en hydrogène et en monoxyde de carbone. Contrairement à une idée reçue, cette technique est loin d’être marginale : elle représente environ un cinquième de la production mondiale, essentiellement en Chine. C’est aussi la plus polluante, avec des émissions environ deux fois supérieures à celles du vaporeformage. On parle parfois d’hydrogène « noir » ou « brun » pour la distinguer de l’hydrogène gris issu du gaz.

Le reste de la production mondiale est principalement de l’hydrogène coproduit, obtenu comme sous-produit d’autres procédés industriels, notamment dans les raffineries.
 

À quoi sert l’hydrogène gris ?

L’hydrogène gris est avant tout une matière première industrielle. Le raffinage du pétrole, où il sert notamment à désulfurer les carburants, et la production d’ammoniac, base des engrais azotés, en absorbent la majeure partie. Viennent ensuite la fabrication de méthanol et, dans une moindre mesure, la sidérurgie. La mobilité hydrogène ne représente qu’une part infime de la consommation.

En France, la consommation d’hydrogène atteignait environ 900 000 tonnes par an selon RTE, dont près des trois quarts pour le raffinage et la production d’ammoniac et d’engrais. Environ 400 000 tonnes sont produites spécifiquement par vaporeformage, ce qui génère environ 4 millions de tonnes de CO2 par an. Le reste est coproduit par d’autres procédés industriels. C’est pourquoi plusieurs industriels cherchent à remplacer l’hydrogène gris de leurs sites, à l’image de TotalEnergies dans sa raffinerie de Leuna, en Allemagne.
 

Pourquoi l’hydrogène gris est-il si répandu ?

Le vaporeformage reste la méthode de production d’hydrogène la moins coûteuse. Selon le prix du gaz, produire un kilo d’hydrogène gris coûte généralement entre 1 et 3 €, le gaz naturel représentant l’essentiel de ce coût. Ce prix est donc très sensible aux fluctuations du marché du gaz : il s’est envolé lors de la crise énergétique de 2022. Les installations sont par ailleurs amorties depuis longtemps et parfaitement maîtrisées par les industriels.

En Europe, la production d’hydrogène gris est soumise au marché du carbone. Avec un quota autour de 70 à 80 € la tonne de CO2, la facture carbone ajoute de l’ordre de 0,7 à 0,8 € par kilo d’hydrogène, hors quotas gratuits. Malgré ce surcoût, l’hydrogène gris reste nettement moins cher que l’hydrogène vert, encore plusieurs fois plus coûteux à produire en Europe.
 

Quelles alternatives à l’hydrogène gris ?

Plusieurs voies existent pour décarboner la production d’hydrogène. L’hydrogène bleu conserve le vaporeformage mais capte et stocke une partie du CO2 émis. Son intérêt climatique fait toutefois débat, en raison du captage incomplet et des fuites de méthane en amont, comme l’ont montré plusieurs études très critiques.

L’hydrogène vert, produit par électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable, et l’hydrogène bas carbone issu de l’électricité nucléaire n’émettent quasiment pas de CO2 lors de leur production, mais restent plus chers. La différence entre hydrogène vert et bas carbone est d’ailleurs au cœur des débats européens. D’autres pistes émergent, comme l’hydrogène turquoise obtenu par pyrolyse du méthane, ou l’hydrogène naturel.
 

Quel avenir pour l’hydrogène gris ?

La réglementation européenne pousse à sa substitution progressive. La directive sur les énergies renouvelables RED III impose ainsi que 42 % de l’hydrogène utilisé dans l’industrie soit d’origine renouvelable en 2030, puis 60 % en 2035, avec une prise en compte de l’hydrogène nucléaire obtenue par la France sous conditions. Parallèlement, la fin progressive des quotas carbone gratuits et la mise en place du mécanisme d’ajustement carbone aux frontières, qui couvre l’hydrogène, vont renchérir le coût de l’hydrogène gris en Europe.

Pour autant, l’hydrogène gris devrait rester majoritaire pendant encore de nombreuses années, tant l’écart de prix avec les solutions décarbonées reste important et tant les projets de production d’hydrogène vert peinent à se concrétiser. Sa sortie dépendra avant tout de la baisse du coût de l’électrolyse et de l’électricité décarbonée.