Électrolyse pour l'hydrogène vert : la recherche et les brevets progressent, mais la mise sur le marché reste un défi
L'Allemagne et l'UE augmentent considérablement leur soutien à la recherche dans le domaine des technologies d'électrolyse
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Dans le cadre du projet « H2 Companion », le Fraunhofer ISI apporte son soutien aux régions pilotes « hydrogène vert » du Bade-Wurtemberg – H2-Wandel et H2 GeNeSiS – par le biais d’analyses scientifiques et suit en permanence l’évolution des technologies d’électrolyse. Les dernières évaluations montrent que les publications, les dépôts de brevets et les financements publics consacrés aux technologies d’électrolyse ont considérablement augmenté. La mise en place d’un marché mondial des électrolyseurs reste toutefois entachée d’incertitudes considérables.
À l’heure actuelle, une grande partie de l’hydrogène est produite à partir de combustibles fossiles. En 2022, l’électrolyse de l’eau ne jouait encore qu’un rôle très limité, avec une part d’environ 0,1 % seulement de la production mondiale. Cela pourrait changer avec le développement des énergies renouvelables. L’hydrogène vert ainsi produit peut être stocké, utilisé dans différents secteurs économiques et contribuer ainsi à la transition écologique de l’industrie et du système énergétique.
Dans le cadre du projet « H2 Companion », l’institut Fraunhofer ISI apporte son soutien scientifique aux deux régions pilotes consacrées à l’hydrogène vert dans le Bade-Wurtemberg : « H2-Wandel » et « H2 GeNeSiS ». Pour cette nouvelle analyse, plusieurs sources de données ont été combinées : des projets de recherche financés par des fonds publics en Allemagne et en Europe, des publications scientifiques, des brevets transnationaux, des études de marché internationales ainsi que des projets d’électrolyse menés par des services municipaux et des fournisseurs d’énergie régionaux. Il en résulte une vue d’ensemble complète du développement technologique, des activités de recherche, des tendances du marché et des principaux acteurs.
La recherche sur les technologies d’électrolyse connaît une forte croissance
L’analyse distingue trois procédés principaux : l’électrolyse alcaline ou à membrane d’échange d’anions (AEL/AEM), l’électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM) et l’électrolyse à haute température (HT). L’électrolyse alcaline est celle qui est la mieux implantée sur le plan industriel ; l’électrolyse PEM est particulièrement capable de réagir rapidement aux fluctuations de la production d’électricité issue des énergies renouvelables ; quant à l’électrolyse à haute température, elle promet un rendement élevé, mais impose des exigences élevées en matière de matériaux et de durée de vie. À cela s’ajoutent des variantes plus récentes telles que l’électrolyse PEM à haute température ou la co-électrolyse.
Une analyse des publications réalisée dans le cadre du projet montre à quel point la recherche dans ce domaine a gagné en importance. Entre 1827 et 2025, environ 106 000 publications scientifiques sur l’électrolyse ont été recensées. Depuis 2020, leur nombre augmente nettement plus rapidement dans les trois domaines technologiques. Au niveau mondial, l’Allemagne occupe la troisième place et arrive en tête du classement européen. La Chine et les États-Unis occupent les premières places.
L’Allemagne et l’Europe soutiennent un large portefeuille technologique
Le financement public de la recherche a également considérablement augmenté ces dernières années. Jusqu’en juillet 2026, 156 grands projets collaboratifs et 92 projets individuels clairement liés à l’électrolyse ont été répertoriés dans la base de données de financement EnArgus. Depuis 2020, le volume des financements a fortement augmenté et s’élève, pour l’ensemble des projets considérés, à plus de 3,6 milliards d’euros. L’accent est principalement mis sur les technologies PEM et AEL, déjà plus proches du marché.
Au niveau européen, 216 consortiums de projets financés par l’UE et consacrés à la production d’hydrogène par électrolyse ont été recensés jusqu’en avril 2026. L’Union européenne a alloué environ 800 millions d’euros à cette fin. Avec respectivement environ 132 et 128 millions d’euros, l’Allemagne et la France ont reçu les montants de financement les plus élevés. Le soutien porte à la fois sur le perfectionnement et la mise à l’échelle de procédés prêts à être commercialisés, ainsi que sur de nouvelles approches technologiques.
La dynamique internationale en matière de brevets s’accélère
Une analyse des brevets montre également que le développement technologique s’accélère. Environ 4 900 demandes de brevets transnationaux liés à l’électrolyse ont été recensées. Une hausse constante a été observée au cours de la dernière décennie, et la dynamique s’est encore nettement accélérée à partir de 2020. Cette évolution est particulièrement marquée dans le domaine de la technologie PEM : le nombre de ses dépôts est passé d’environ 35 en 2017 à 136 en 2021 et s’établit depuis lors à plus de 100 par an. En 2023, l’AEM/AEL a atteint le niveau le plus élevé des trois catégories avec 133 demandes, tandis que l’électrolyse à haute température a totalisé 96 brevets.
En ce qui concerne l’origine des brevets, les États-Unis et le Japon occupent les premières places en comparaison internationale. L’Allemagne se classe troisième dans les trois catégories technologiques. La Chine rattrape nettement son retard et a déjà atteint la quatrième place en 2022 et 2023. Outre les groupes industriels et énergétiques bien établis, on voit apparaître de plus en plus de jeunes entreprises spécialisées disposant de portefeuilles de brevets ciblés.
Sven Altvater, chercheur au Fraunhofer ISI, explique à ce sujet : « Les importants financements publics et la troisième place en matière de dépôts de brevets montrent que l’Allemagne dispose d’une solide base de recherche et d’innovation dans le domaine des technologies d’électrolyse. Cela contribue manifestement à renforcer les compétences technologiques dans les trois procédés étudiés. Compte tenu de la concurrence internationale croissante – notamment de la part de la Chine –, l’Allemagne ne doit toutefois pas se reposer sur ses lauriers : il est essentiel de transformer systématiquement les travaux de recherche et développement subventionnés en technologies commercialisables, en applications industrielles et en entreprises compétitives. »
Les prévisions de marché restent marquées par de grandes incertitudes
Une analyse de 55 études de marché couvrant la période de 2019 à 2026 fournit des indications sur l’évolution future du marché. Les taux de croissance annuels du marché mondial des électrolyseurs qui y sont prévus vont de 5,6 à 97,7 % ; la médiane s’établissant à 25,7 %. Pour l’année 2030, les études prévoient un chiffre d’affaires annuel mondial compris entre 651 millions et 226 milliards de dollars américains. La médiane s’élève à 14 milliards de dollars américains.
La grande fourchette de ces chiffres renvoie à la fois aux différences entre les études analysées et aux incertitudes considérables qui pèsent sur un marché encore en phase de développement. La rapidité de sa croissance dépendra avant tout du développement des énergies renouvelables, des aides et de la réglementation, des investissements ainsi que de la montée en puissance de l’économie mondiale de l’hydrogène.
Les services municipaux renforcent leur engagement
Les services municipaux et les fournisseurs d’énergie régionaux peuvent jouer un rôle important dans la mise en œuvre de l’économie de l’hydrogène au niveau local. Début 2023, seuls environ 4 % des services municipaux participaient à des projets concrets liés à l’hydrogène. Fin 2025, on recensait déjà 64 projets d’électrolyse impliquant 57 services municipaux et 17 fournisseurs d’énergie régionaux. Ensemble, ils prévoient une capacité d’électrolyse d’environ 3,2 gigawatts. Bon nombre de ces projets en sont toutefois encore à leurs débuts ; 15 % ont été interrompus prématurément.
Le Dr Henning Döscher, qui coordonne les travaux de recherche au Fraunhofer ISI dans le cadre du projet « H2 Companion », commente ainsi ces nouveaux résultats : « L’électrolyse a considérablement gagné en dynamisme en matière de recherche et d’innovation à l’échelle mondiale. L’Allemagne et l’Europe disposent d’une solide base de recherche, de vastes aides financières et de nombreux acteurs industriels. La transition vers un marché de masse économiquement viable n’est toutefois pas encore achevée. Pour y parvenir, il faut un cadre réglementaire fiable, des aides prévisibles et des acheteurs concrets pour l’hydrogène vert. »
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