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futur de l’hydrogen 3/…

la source de cette traduction synthétique est disponible à   « The future of hydrogen« .

 

Cette partie met en évidence les principales contraintes liées au développement de l’hydrogène.

 

Sur la base de l’expérience du développement récent d’autres technologies propres, l’hydrogène doit bénéficier du même cycle de développement :

  •    1 : le changement de législation encourage les précurseurs à se lancer dans des applications à faible risque
  •    2 : les 1ers bilans positifs encouragent à leur tour les investissements privés qui permettent de progressivement réduire les aides publics
  •    3 : une demande forte et répandue stimule les investissements publics et privés pour sa fabrication et les infrastructures qui vont avec
  •    4 : la création d’un marché de plusieurs milliards de dollar stimule la réduction de coût via la concurrence et l’innovation
  •    5 : clients, fournisseurs et investisseurs deviennent dépendants les uns des autres et créent donc un système stable

Aujourd’hui, les acteurs de l’hydrogène progressent sur les 2 premières étapes de ce cycle.

Nous pouvons désormais regrouper les challenges en 3 principales catégories :

  •    challenge n°1 : l’incertitude des réglementations et des technologies
    •    c’est le changement climatique qui est à l’origine des politiques de réduction d’émission de GES et donc de la promotion de l’hydrogène. Cependant, les gouvernements optent pour des politiques court terme et l’incertitude de la pérennité de ces politiques freine le développement
    •    aujourd’hui il n’est pas encore assuré que les technologies de l’hydrogène soient au final plus compétitives que ces concurrentes. Ce qui freine aussi le développement
  •    challenge n°2 : complexité de la chaine de valeur et des besoins en infrastructure
    •    l’hydrogène est assez flexible en utilisation et en forme de stockage. Ce qui est potentiellement un atout mais ça génère de nombreuses chaines de valeur. Ce qui complexifie les réglementations et les investissements
    •    par exemple, un réseau de recharge d’hydrogène est nécessaire pour permettre l’adoption massive de véhicule à PAC. Les besoins en infrastructures sont donc énormes.
  •    challenge n°3 : réglementation, standards et acceptation
    •    les réglementations actuelles ne couvrent pas l’intégralité du potentiel de l’hydrogène. Il y a encore énormément de travail coté réglementation pour couvrir tous ces aspects.
    •    certains standards doivent être acceptés par tout le monde. Principalement autour des problèmes techniques (comme le mode de remplissage des véhicules à PAC), commerciaux, sécuritaires et surtout comment garantir de l’hydrogène propre.
    •    il n’est pas encore clair de savoir comment la population va accueillir l’hydrogène qui arrive avec ses contraintes (sécuritaires, financières…)

Les gouvernements ont un rôle central dans le choix ou non de l’adoption de l’hydrogène.

Ce rapport a pour but d’aider les gouvernements et les privés à prendre leur décision avec :

  •    chapitre 2 (du rapport) : fabrication de l’hydrogène
  •    chapitre 3 : stockage, transport et distribution
  •    chapitre 4 et 5 : utilisations finales
  •    chapitre 6 : suggestions et recommandations basées sur les 4 chaines de valeurs les plus prometteuses

Ce rapport se base uniquement sur les technologies maîtrisées et ne prend pas en compte les potentiels développements en cours.

 

Ensuite le rapport aborde 6 questions sous le titre « Hydrogène et énergie : une amorce »

  •    Comment l’hydrogène est il produit ?

 

 

 

  •    Qu’est ce que cela signifie d’être un vecteur d’énergie chimique et non pas une source d’énergie ?
    •    L’hydrogène est proche de l’électricité dans le sens où il peut être produit par différentes sources d’énergie, avec des formes d’usage finales variées.
    •    L’hydrogène se différencie de l’électricité de part sa nature chimique et non pas uniquement des électrons. Ce qui le rend complémentaire de l’électricité et stable en comparaison. Il peut notamment être transporté aisément.
    •    L’hydrogène complète l’électricité car il n’est pas géré en flux (production = demande), il peut être stocké pour prévoir les variations de demande.
    •    Chaque étape de conversion/utilisation de l’hydrogène possède son propre rendement. Lors de l’utilisation finale, il est possible que l’hydrogène ne restitue que 30% de l’énergie nécessaire à sa fabrication.
    •    Cependant l’hydrogène peut être malgré tout beaucoup plus efficient que les méthodes actuelles (PAC = 60% de rendement ; moteur diesel = 20% de rendement)
  •    Quelle est la différence entre l’hydrogène, les carburant à base d’hydrogène et les produits dérivés ?
    •    les carburants à base d’hydrogène et les produits dérivés peuvent être fabriqués à partir de n’importe quelle source d’hydrogène combiné à différents procédés carbonés ou non.
    •    ce rapport prend en considération toutes les formes de production et d’utilisation de l’hydrogène.
    •    power-to-X est un terme couramment utilisé pour désigné comment est utilisé le vecteur d’énergie (power-to-liquid par exemple)
  •   Pourquoi certaines personnes parlent d’hydrogène noir, bleu, marron, vert et gris ?
    •    l’hydrogène noir, marron et gris provient de sources fossiles
    •    l’hydrogène bleu provient de sources fossiles avec capture de CO2
    •    l’hydrogène vert provient de sources renouvelable
  •  
  •   Quelle est la propriété physique la plus importante de l’hydrogène ?

 

  •    Quelles sont les considérations pour la santé et la sécurité ?
    •    Comme tout vecteur d’énergie, l’hydrogène présente des risques qu’il faut anticiper pour éviter les accidents. Cependant les gens sont habitués à être en contacte avec des produits dangereux comme l’essence ou le gaz naturel.
    •    la molécule d’hydrogène est tellement petite qu’elle peut passer à travers certaines parois en acier et passe plus facilement dans les joints et autres connecteurs que le gaz naturel par exemple
    •    L’hydrogène n’est pas toxique mais très inflammable. Sa flamme est inodore et incolore ce qui la rend difficilement détectable. Cependant, l’industrie de l’hydrogène est familière de ce problème et possède déjà des solutions.
    •    les carburants à base d’hydrogène et les produits dérivés sont potentiellement plus dangereux que l’hydrogène mais sont plus facilement détectable et gérable.

La suite du rapport reprend en détail les 6 chapitres énumérés plus haut.

futur de l’hydrogen 2/…

la source de cette traduction synthétique est disponible à   « The future of hydrogen« .

 

 

On apprend tout d’abord au début du chapitre que l’hydrogène est aujourd’hui principalement produit à partir du gaz naturel et du charbon.

Cette fabrication de l’hydrogène implique donc une émission de CO2 environ égale à 830MtCO2/an.

Cette production d’hydrogène représente l’énergie équivalente de 330Mtoe (million tonnes oil equivalent /million de tonnes équivalent pétrole).

La demande d’hydrogène n’a cessé d’augmenter depuis les années 1975 sous différentes formes :

 

 

 

 

Le marché de l’hydrogène actuel s’appuie sur les caractéristiques suivantes :

  •    l’hydrogène est léger
  •    peut être stocké facilement
  •    est réactif
  •    possède un haut PCI = pouvoir calorifique inférieur (PCI H2 : 120.97MJ/kg ; pour info PCI du méthane : 50.03MJ/kg)

 

Le marché de l’hydrogène propre peut s’appuyer sur 2 caractéristiques supplémentaires :

  •    l’utilisation de l’hydrogène ne produit aucune émission polluante ou de GES
  •    la production de l’hydrogène peut provenir d’un large panel de sources décarbonées (énergies renouvelables ou non carbonées ; énergies carbonées équipées de système de captage de C02)

 

Ensuite, le rapport nous dit qu’il y a eu par le passé différentes périodes d’enthousiasme autour de l’hydrogène :

  •    les crises pétrolières de 1973 et 1977
  •    années 1990 avec la préoccupation grandissante du changement climatique avec un focus sur la capture du CO2 sur les process de fabrication d’hydrogène
  •    à partir des années 2000, les préoccupations autour du changement climatique entrainent l’adoption de politique de réduction d’émission de CO2

 

Le rapport poursuit avec la situation d’enthousiasme actuelle.

En 2017, l’Hydrogen Council est créé. Il regroupe 33 membres de conseil d’administration de grands groupes industriels et 22 membres support.

En 2019, le nombre de politique de développement de l’hydrogène est en forte augmentation. Supportant les financements publics et privés.

 

 

 

Il est fait ensuite le décompte des états qui ont aujourd’hui des politiques de développement de l’hydrogène.

Je ne vais pas tous les lister, mais grosso modo, il s’agit des USA, de l’UE, du Japon, de tous les autres pays développés (Australie, Corée du Sud…) et une partie des pays émergents (Brésil, Chine, Inde…).

 

Le rapport met en lumière que cette fois ci, il y a fort à parier que cette période d’enthousiasme ne fera pas un flop comme les précédentes.

  •    La plupart des gouvernements ayant une politique de réduction d’émission de GES, tous les secteurs se penchent sur la question. Les secteurs ou l’électricité n’est pas utilisé comme principale énergie sont les secteurs ou l’enjeu est le plus important. L’hydrogène se place comme très prometteur pour résoudre ce dilemme. Ces secteurs sont :
    •    l’aviation
    •    le fret maritime
    •    la production de fer et d’acier
    •    l’industrie chimique
    •    l’industrie des hautes températures
    •    les routes long-courrier
    •    le transport urbain
    •    le chauffage des bâtiments
  • L’hydrogène est considéré comme une solution viable pour permettre d’atteindre les objectifs des politiques de réduction d’émission de GES.
    •    Il permet la sécurité énergétique car il peut être utilisé comme électricité ou sous autres formes de carburant ; il peut être issu d’un grand nombre de source ; il est disponible partout dans le monde ; et il peut être stocké comme réserve stratégique.
    •    l’utilisation de l’hydrogène produit uniquement de l’eau, et ne produit donc aucune pollution atmosphérique provoquant des problèmes de santé comme les particules fines
    •    il y a encore fort à faire un terme de R&D autour de l’hydrogène pour le démocratiser. De ce fait, les perspectives de croissance autour de l’innovation technologique encouragent également le développement de l’hydrogène.
    •    les acteurs de l’industrie à fort émission de GES (gaz naturel etc…), prévoient une forte baisse de leurs activités et sont donc aussi très intéressés par l’hydrogène, ayant déjà de hautes compétences dans la gestion de gaz explosif, avec d’énormes infrastructures pouvant être moderniser pour accueillir l’hydrogène
    •    l’hydrogène a également un forte valeur ajouté pour les situations hors-réseau, comme par exemple le fonctionnement des hôpitaux pendant une coupure d’électricité ou dans les zones isolées. Grâce au système d’électrolyse et/ou de stockage d’hydrogène couplé à une PAC qui est plus performant qu’un système de batterie.
  •    L’hydrogène peut contribuer au développement rapide des énergies renouvelables.
    •    l’hydrogène peut permettre la réduction du coûts des solutions énergies renouvelables en résolvant le problème des variations de production.
    •    et dans l’autre sens, les énergies renouvelables permettent de produire de l’hydrogène propre pour les secteurs ou il n’est pas possible de remplacer les énergies carbonées pour des solutions électriques (aviation par exemple)
    •    dans l’électrolyse, le prix de l’électricité étant le paramètre clé de l’équation économique, la récente baisse du prix de l’électricité d’origine renouvelable encourage également les solutions hydrogène
  •    L’hydrogène peut bénéficier des expériences positives de développement récentes de technologies propres
    •    l’exemple du développement des technologies photovoltaïques et éoliennes, passant d’un support financier public à une industrie autonome, conforte les investisseurs dans la capacité de cette nouvelle technologie à réussir
    •    en 2015, les véhicules fonctionnant avec une PAC venaient de sortir avec que 80 stations de rechargement dans le monde. Aujourd’hui on compte environ 11200 véhicules fonctionnant à l’hydrogène et 381 stations. Nous savons maintenant que les PAC ont une durée de vie d’environ 10 000 heures dans un véhicules (un français passe environ 33 000 heures dans sa voitures dans toute sa vie) et 80 000 heures en stationnaire
    •    en 2018 les investissements dans l’électrolyseur représente 20-30 million USD par an pour la technologie PEM (proton exchange membrane). La technologie « solid oxyde electrolyser », qui promet un meilleur rendement, arrive à peine sur le marché. Ces électrolyseurs ne dépassent aujourd’hui pas une puissance de 10MWe. Cependant des projets d’électrolyseurs de 20 à 100MWe sont en cours de développement/construction
    •    depuis les années 2000, 9 usines de production d’hydrogène sont équipées de système de capture de CO2, et des turbines fonctionnant à l’hydrogène sont en développement.
    •    les acteurs de l’hydrogène pensent qu’aujourd’hui les technologies sont suffisamment matures, et attendent une demande plus larges pour se déployer.

La suite de l’introduction fait le recensement des principales contraintes lié à l’hydrogène…

futur de l’hydrogène 1/…

Pour celles et ceux qui s’intéresse de prêt ou de loin à l’hydrogène

l’IEA à réalisé un rapport particulièrement intéressant dont la source est disponible à   « The future of hydrogen« .

 

Voici un résumé de la 1ère partie du rapport

 

Le début du rapport commence par reprendre les points importants de ce même rapport. Les éléments clés sont :

  • La conjoncture actuelle est propice au développement de l’hydrogène (politiques de réduction des GES, Gaz à Effet de Serre)
  • L’hydrogène a un fort potentiel dans la résolution des challenges énergétiques (décarbonisation des énergies)
  • L’hydrogène est très polyvalent. Il peut être fabriqué à partir nombreuses sources et peut être utilisé sous de nombreuses formes
  • L’hydrogène peut être un allié puissant des énergies renouvelables, en palliant à l’aspect variable de production d’énergie de ces solutions.
  • L’hydrogène a subit de faux départs par le passé, mais aujourd’hui, le succès du développement des énergies renouvelables et autres solutions énergétiques propres démontrent que ce type de développement peut être un succès
  • Actuellement l’hydrogène n’est utilisé que par des secteurs précis. Il peut être largement déployé sur d’autres activités.

 

Cependant l’utilisation propre et répandu de l’hydrogène fait face à quelques difficultés :
– La production non polluante d’hydrogène est aujourd’hui coûteuse

Le développement de l’industrie de l’hydrogène est lent et donc ralentit une adoption globale

Aujourd’hui la production d’hydrogène provient presque entièrement de la transformation du gaz naturel et du charbon, et est donc une source importante d’émission de GES

Les réglementations en vigueur limitent le développement de l’hydrogène propre, principalement à cause des problèmes de sécurité

 

L’IEA (International Energy Agency, auteur de ce rapport) a identifié 4 solutions court terme pour accélérer la transition vers de l’hydrogène propre et répandu :

  • Faire des ports industriels les centres nerveux de l’industrie de l’hydrogène propre (ces ports sont déjà les plaques tournantes de l’industrie chimique/pétrolière)
  • S’appuyer sur les infrastructures gazières existantes pour encourager l’utilisation de l’hydrogène et ainsi réduire son coût
  • Déployer d’avantage l’hydrogène dans les transports pour diminuer le coûts des PAC (pile à combustible)
  • En se basant sur le succès des routes commerciales du GPL, faire de même avec l’hydrogène
  • La coopération internationale est vitale pour accélérer la croissance de l’hydrogène propre

 

Ensuite l’IEA propose 7 recommandations clés aux gouvernements pour faire évoluer la situation actuelle :

  • Faire de l’hydrogène un élément clé dans les stratégie énergétique à long terme
  • Stimuler la demande d’hydrogène propre via des politiques environnementales et énergétiques
  • Supporter les investissements privés de développement de l’hydrogène propre
  • Supporter les investissements R&D sur les sujets de développement de l’hydrogène propre
  • Eliminer les barrières réglementaires et harmoniser les standards
  • Améliorer la coopération et l’engagement international et suivre l’avancement des progrès
  • Focus sur 4 actions clés pour encore emballer d’avantage l’élan actuel durant la prochaine décennie :
    • transformer les ports industriels existants en plaques tournantes de l’hydrogène propre et bon marché
    • utiliser les infrastructures gazières actuelles pour encourager la fourniture d’hydrogène propre
    • déployer l’hydrogène dans les transports pour rendre les véhicules à PAC plus compétitives
    • créer les 1ères routes commerciales de l’hydrogène pour commencer le commerce de l’hydrogène

 

 

le prochain article traitera du chapitre suivant…

 

Internet des objets connectés 3/3

Sécurité des objets connectés

L’affaire « Strava »

  •    En janvier 2018 est révélé le fait que l’application de fitness Strava a dévoilé des bases militaires secrètes américaines.
  •    Cette fuite est due au partage de cartes des parcours d’entraînements empruntés par ses utilisateurs à partir de leurs bracelets connectés Fitbit, à travers l’exploitation de 10 To de données collectées entre 2015 et 2017.
  •    Or des bracelets avaient été distribués gratuitement par le Pentagone à 2,500 personnels.
  •    Dans des zones « noires » (zéro activités) d’Irak, de Syrie ou du Niger, non seulement des taches lumineuses apparaissent, permettant de déduire avec précision non seulement la localisation mais jusqu’à la configuration des bases militaires !

« Heatmap » de Strava, réalisée à partir des parcours des utilisateurs de cette application. Ici, une carte de Moscou.

 

 

Un exemple d’infrastructure mise en relief par les « heatmaps » de Strava

La sécurité des objets connectés

  •    On peut distinguer 4 grands axes dans les enjeux de sécurité des objets connectés militaires :
  •    La localisation du signal / des signaux, qui permettrait de géolocaliser les porteurs des équipements.
  •    L’interception des signaux qui permettrait de capter des flux de data, voire de les modifier, soit via l’objet soit par la compromission de l’intégrité du réseau de communication.
  •    L’exploitation des données stockées, susceptibles d’apporter des éléments critiques d’appréciation (doctrine d’emploi, ciblage, ressources, etc.).

 

Exemple : dès 2015, l’armée chinoise interdit les objets connectés (montres de type Apple Watch, lunettes) dans ses rangs, craignant le cyber-espionnage. Régulièrement, les médias officiels accusent des entreprises américaines, telles que Microsoft, Google, Facebook ou encore Apple d’aider Washington à espionner la Chine.

 

Normes et labels de l’IoT en France et en Europe 

La société française Digital Security : spécialisée dans l’audit des risques et la veille contre les cyber-menaces, elle propose un programme d’audit et d’assistance, dès la conception.

La labellisation est un axe majeur : ainsi le label IQS pour « IoT Qualified as Secured » (label payant ~30 k€) permet-il aux acteurs européens de l’IoT qui le souhaitent, une évaluation par des experts indépendants de la sécurité et de la fiabilité de leurs solutions.

Chaque attestation de labellisation IQS est rendue publique. Elle mentionne la période de validité du label et le périmètre fonctionnel et technique de la Solution IoT sur lequel il porte. Les premières solutions seraient encore en cours de qualification.  Il repose sur 25 à 30 critères autour de 4 thèmes :

  •    la protection des échanges de données (PED)
  •    la protection des socles techniques (PST)
  •    la protection de l’accès aux données (PAD)
  •    la traçabilité (TRA).

l’internet des Objets Connectés 2/3

Intérêt des capteurs connectés

  •   Les capteurs sans fil offrent une capacité nouvelle : la versatilité des configurations. En s’appuyant sur des solutions ouvertes de communication sans fil, il devient possible de « plugger » des capteurs à la demande, qu’il s’agisse de nouvelles générations d’équipement ou de typologies particulières, dont l’usage est requis pour la mission considérée.
  •   Cette souplesse / versatilité concerne :
  •   les réseaux de capteurs intelligents ayant vocation à monitorer un environnement / à interagir avec lui (zone, axes, sites…)
  •   le combattant débarqué
  •   Les plateformes pilotées voire les plateformes robotisées
  •   les « contenants » (du chargeur au bidon d’essence en passant par le container)… sans oublier la logistique (voir infra).
  •   Cela soulève évidemment l’enjeu des protocoles de communication, de la sécurité et de la capacité de l’infostructure à répondre à cette souplesse et au double enjeu de la capacité (volumétrie de données) et de la cybersécurité.

 

 

SIGFOX – gérer des capteurs abandonnés connectés à distance

  •   SIGFOX, entreprise française créée en 2009, a pour ambition de « connecter le monde physique au monde digital » en offrant une solution de connectivité bas débit, en utilisant un protocole radio qui s’inspire du monde sous-marin avec l’envoi de petits messages sur une longue distance. Sigfox définit ainsi une façon standardisée de collecte des données à partir de capteurs et d’objets avec un ensemble unique et normalisé d’interfaces de programmation d’applications (API).
  •   Basé sur le réseau LPWAN (low-power wide-area network) il a l’avantage d’être efficace en matière énergétique, global, économique et simple d’usage. Il se caractérise par le fait qu’en phase de veille il y a 0 message, 0 émission et ainsi 0 consommation d’énergie. L’amélioration des batteries et la prise en compte de la problématique de la collecte énergétique permet d’imaginer que la « durée de la batterie puisse être alignée sur la durée de l’objet ».
  •   La solution est présentée comme particulièrement résiliente et offrant une grande résistance au brouillage du fait de son protocole (bande ultra étroite – 192 KHz), d’une redondance géographique et de son architecture en réseau collaboratif.
  •   Une donnée de température est réduite à 2 octets, des coordonnées GPS à 6 octets, le statut d’un objet à 1 octet… ce qui permet de produire 140 messages de 12 octets par jour en respectant les normes européennes (consommation plafonnée à 1% du temps de la bande fréquence publique).

 

Machine learning

  •   Face – par exemple – au trop grand nombre de données d’entrées d’une image (cf. nombre de pixels), on s’intéresse aux caractéristiques intermédiaires de l’image = on travaille sur une abstraction de l’image, ce qui permet de la simplifier et donc de la rendre digérable par l’IA.
  •   L’efficacité de l’IA dépend de la conception de ces caractéristiques intermédiaires et de leur capacité à représenter la réalité observée = elle implique le besoin d’experts pour la conception de l’algorithme intermédiaire.

 

                  

Deep learning

  •   En machine learning, on dispose d’un algorithme qui résume l’image, en donne les caractéristiques essentielles, et donc une abstraction. Le réseau neuronal est peu profond.
  •   En deep learning, l’algorithme crée seul ces caractéristiques qui apparaissent spontanément dans les couches supérieures du réseau de neurones.

L’algorithme les découvre seul.

  •   cf. Yann Le Cun (FR) pionnier du deep learning, depuis la fin des années 90. Pas de résultats tangibles avant la rupture de 2012 lors de la compétition de reconnaissance d’image. Il est alors embauché par Facebook en tant que directeur de son labo d’IA.
  •   Raison de l’explosion soudaine du deep Learning : d’une part, le progrès des algorithmes (architecture des réseaux profonds) et des GPU des cartes graphiques, plus puissants que les processeurs d’ordinateurs (d’où la position de NVIDIA dans l’IA), et d’autre part la mise à disposition de banque de données (notamment la banque d’images Image net de Stanford en 2009 : 15 millions d’images, 10.000 catégories).
  •   Réseaux profonds : une centaine de couches et des millions de neurones (encore loin du cerveau humain). Chaque jour, 800 millions d’images uploadées sur Facebook.

 

Source : Le Deep learning – Sciences étonnante #2, par David Louapre 08/04/2016  https://www.youtube.com/watch?v=trWrEWfhTVg

 


DEVELOPPEUR PHP (H/F)

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