Technologies vertes concurrentes : le cas de l'hydrogène bas-carbone

Cette thèse étudie la concurrence économique entre technologies vertes dans le cadre de la transition énergétique, et s'intéresse tout particulièrement à l'hydrogène bas-carbone. Au-delà du paradigme classique « du gris au vert », qui modélise le remplacement de technologies fossiles par des alternatives plus propres, ce travail met en lumière la concurrence croissante entre technologies vertes. L'hydrogène bas-carbone en offre un cas particulièrement illustratif, la concurrence s'exerçant d'une part en interne, entre différentes filières hydrogène, et d'autre part en externe, face à d'autres solutions comme l'électrification directe. Cette concurrence concerne aussi bien les modes de production que les usages finaux de l'hydrogène. Elle s'inscrit soit dans une logique de substitution des solutions carbonées, soit dans un arbitrage sur l'allocation des ressources bas-carbone. La thèse analyse comment les politiques publiques, le changement technique induit, et l'incertitude façonnent le déploiement ainsi que l'allocation des technologies bas-carbone concurrentes. Elle s'articule en trois chapitres.Le premier chapitre examine la concurrence entre bus électriques à batteries et bus à pile à combustible hydrogène, à travers un modèle de contrôle optimal intégrant apprentissage par la pratique et segmentation de marché. L'analyse illustre comment un marché de niche (par exemple, le segment longue distance des bus) peut permettre la survie d'une technologie plus coûteuse mais mieux adaptée, comme l'hydrogène, en cas de soutien initial. Le modèle souligne l'importance du rythme et de l'échelle de déploiement, selon que le changement technique est endogène ou exogène. L'apprentissage par la pratique sur une niche peut aider les technologies hydrogène à franchir des barrières de coûts initiales. Cependant, un apprentissage rapide sur d'autres marchés plus larges, notamment pour les batteries, pourrait permettre à une technologie initialement moins adaptée de s'y imposer.Le deuxième chapitre propose un cadre pour allouer de manière optimale un volume limité d'hydrogène vert entre des usages concurrents afin de maximiser le bien être social. Il introduit un « ordre de mérite de l'hydrogène » classant les secteurs selon leurs coûts d'abattement et le coût d'opportunité lié à cet abattement. Un modèle dynamique décrit l'évolution de l'allocation optimale avec le prix du carbone, en priorisant les secteurs au fort potentiel d'apprentissage ou aux alternatives limitées. Appliquée au cluster industriel de Marseille-Fos, l'analyse démontre l'importance de cibler des secteurs comme la chimie et la sidérurgie pour éviter une allocation de l'hydrogène socialement sous-optimale.Le troisième chapitre propose un modèle mettant en concurrence deux technologies bas-carbone, avec incertitude sur les coûts, aversion au risque des entreprises, et asymétrie d'information entre entreprises et autorités publiques. Il analyse la conception de dispositifs de soutien neutres ou spécifiques aux technologies, et compare instruments en prix et en quantité. L'étude s'appuie sur les débats relatifs aux « contrats carbone pour différences » envisagés pour soutenir la production d'hydrogène. Le modèle est appliqué à la comparaison entre électrolyse de l'eau et réformage du méthane avec captage et stockage du carbone. Il apparaît que les gains d'un soutien technologiquement spécifique augmentent avec la substituabilité entre technologies, mais diminuent avec l'ambition climatique.En combinant modélisation théorique et simulations numériques, cette thèse explore des questions centrales en économie de l'environnement, de l'énergie et de l'innovation. Si l'hydrogène constitue l'étude de cas principale, les enseignements visent à éclairer plus largement les dynamiques de concurrence entre technologies bas-carbone et la conception d'instruments de politiques publiques efficaces pour la transition énergétique.