De l’engrais de proximité: où l’implantation de petites fabriques d’ammoniac serait-elle rentable?

L'ammoniac fait partie des produits chimiques les plus importants au monde: sans lui et sans les engrais qui en sont issus, les champs dans le monde produiraient moins de nourriture et de nombreux rayons de supermarchés resteraient vides. Actuellement, cette matière première est surtout produite dans quelques grandes installations chimiques avant d’être transportée sur de longues distances. Des scientifiques de l’Institut Paul Schrerrer PSI, de l’ETH Zurich et de la Carnegie Institution for Science à Stanford, aux Etats-Unis, viennent d’examiner où, à l’avenir, de petites installations pourraient produire cette substance de manière plus respectueuse du climat et là où on en a besoin.

«Des installations décentralisées peuvent raccourcir les chaînes d’approvisionnement, réduire les émissions de gaz à effet de serre et renforcer la résilience de l’approvisionnement en engrais, explique Tom Terlouw, scientifique au Laboratoire d’analyse des systèmes énergétiques du PSI et premier auteur de l’étude. Mais elles ne sont pas automatiquement rentables et plus respectueuses du climat. Les questions décisives sont donc les suivantes: leur emplacement et la provenance de l’électricité.»

Pour ce faire, l’équipe de recherche a analysé, dans le cadre de quelque 13 000 scénarios, les emplacements possibles et les conditions-cadres dans le monde entier: de l’Espagne à l’Australie, en passant par les Pays-Bas, la Chine, l’Inde, le Brésil, le Nigéria et l’Afrique du Sud.

Procédé Haber-Bosch: désormais en mode électrique

On estime qu’à l’heure actuelle, la fabrication d’ammoniac génère entre un et deux pour cent des émissions globales de gaz à effet de serre. Motif: lors du procédé Haber-Bosch classique, l’azote présent dans l’air est combiné avec de l’hydrogène. Or cet hydrogène est le plus souvent issu du gaz naturel et la réaction génère de grandes quantités de dioxyde de carbone.

De l’hydrogène généré par électrolyse constituerait une alternative plus respectueuse du climat. L’électrolyse consiste à scinder l’eau en oxygène et en hydrogène en appliquant du courant électrique. Si cette électricité est issue du solaire ou de l’éolien, la production d’ammoniac génère nettement moins d’émissions.

«L’ammoniac est l’une des applications les plus judicieuses qui existent pour de l’hydrogène vert, relève Tom Terlouw. Les véhicules et les chauffages peuvent être électrifiés directement. Mais pour fabriquer de l’ammoniac, nous avons toujours besoin d’hydrogène.»

Des installations modulaires de petites tailles, qui travaillent à une pression et à des températures plus faibles que les grandes installations classiques, pourraient être mieux couplées aux énergies renouvelables. Ces mini-fabriques permettraient de réduire les émissions, mais aussi la dépendance aux chaînes d’approvisionnement mondiales. Les tensions induites par la situation dans le détroit d’Ormuz ont récemment démontré la vulnérabilité de ces dernières: par moments, les prix des engrais ont connu de fortes hausses.

Le site est décisif

Il est évident qu’une reconversion complète de la production mondiale d’ammoniac misant sur de l’hydrogène produit par électrolyse nécessiterait d’énormes quantités de courant électrique. «C’est précisément la raison pour laquelle nous devons examiner soigneusement sur quels sites cette nouvelle méthode de production serait vraiment rentable, explique Tom Terlouw. La technologie devrait être utilisée là où elle s’avère judicieuse sur le plan écologique et sur le plan économique.»

Les installations dites hybrides sont celles qui obtiennent les meilleurs résultats. Elles combinent de l’électricité issue d’installations solaires ou éoliennes locales avec de l’électricité du réseau public. Les installations complètement hors réseau sont celles qui induisent le moins d’émissions, mais aujourd’hui, elles sont très souvent nettement plus onéreuses, car elles nécessitent des capacités de stockage supplémentaires et des parcs solaires et éoliens plus étendus.

«De manière générale, l’ammoniac fabriqué avec le procédé électrique est aujourd’hui plus cher que celui qui est produit de manière classique, souligne Tom Terouw. Mais dans certaines régions, son prix se rapproche déjà de ceux du marché actuel. Il s’agit surtout d’emplacements où l’électricité est bon marché, où les énergies renouvelables sont abondantes et où les coûts de financement sont bas.» C’est par exemple le cas en Chine et aux Pays-Bas, relève-t-il encore.

Dans le même temps, les scientifiques mettent en garde contre la tentation de considérer automatiquement l’ammoniac produit avec de l’électricité comme plus respectueux du climat. Leur étude a en effet montré que si le courant du réseau est surtout issu de centrales à charbon – comme c’est le cas en Pologne et en Afrique du Sud – le bilan climatique peut même s’avérer plus défavorable qu’avec une production conventionnelle.

L’équipe a pris en compte non seulement les émissions directes, mais aussi le bilan environnemental sur l’ensemble du cycle de vie, ce qui inclut par exemple la fabrication d’électrolyseurs, d’installations solaires et éoliennes, de batteries et de systèmes de stockage.

Une chance pour l’Europe et pour la Suisse

La Suisse ne possède pas de production d’ammoniac industrielle: elle importe aussi bien les engrais minéraux prêts à l’emploi que la matière première proprement dite, surtout depuis les pays voisins. Fondamentalement, des installations locales seraient donc intéressantes, relève Tom Terlouw, qui souligne l’avantage de l’électricité du réseau suisse issue de l’énergie hydraulique et nucléaire, et donc comparativement peu émettrice de CO₂; avec moins de deux pour cent, la part des énergies fossiles est très faible.

D’ici 2050, la rentabilité du procédé électrique pourrait s’améliorer considérablement. La baisse des coûts des électrolyseurs, du stockage et des énergies renouvelables pourraient rendre concurrentielles des fabriques d’ammoniac décentralisées dans de nombreuses régions. «Sur le plan technique, beaucoup de choses sont possibles, rappelle Tom Terlouw. Mais pour que ces technologies s’imposent, il faut des investissements, des normes claires en matière d’ammoniac peu émetteur de CO₂ et surtout un environnement politique stable qui soutienne la décarbonisation de l’industrie de manière fiable.»

Texte: Institut Paul Scherrer PSI/Brigitte Osterath

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur des technologies d'avenir, énergie et climat, innovation santé ainsi que fondements de la nature. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2300 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 450 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage).

Contact

Dr. Tom Terlouw
PSI Center for Nuclear Engineering and Sciences
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Institut Paul Scherrer PSI
+41 56 310 58 37
tom.terlouw@psi.ch
[anglais, néerlandais, allemand]

Publication originale

Haber-Bosch 2.0 for low-carbon ammonia production: A global techno-economic and environmental assessment
Tom Terlouw, Christian Bauer, Peter Burgherr, Russell McKenna, Lorenzo Rosa
Energy & Environmental Science, 14.07.2026 (en ligne)
DOI: 10.1039/d6ee01125j

Le communiqué de presse sur le site de l'Institut Paul Scherrer PSI:

https://www.psi.ch/fr/news/communiques-de-presse/de-l-engrais-de-proximite