Dans le contexte actuel où la mode est au développement des véhicules électriques, un des freins majeurs à l’expansion de ce type de véhicule reste l’autonomie. En effet, là où nos fidèles voitures au diesel et à essence peuvent parcourir aisément 600 km avec un plein, les voitures électriques peinent à dépasser les 300 km d’autonomie. Qui plus est le temps de chargement d’une voiture électrique relativement long (quelques heures) alors que le plein de carburant pour un moteur à explosion classique ne dure que quelques minutes.
La réponse à ce problème serait d’utiliser un apport énergétique autre que les batteries pour pouvoir rouler plus longtemps, néanmoins il faut aussi que cette énergie soit propre pour l’environnement… Une alternative qui semble aujourd’hui la plus évoluée et la plus prometteuse est l’hydrogène.
Une voiture à l’hydrogène ?
Cela peut sembler étrange au premier abord mais il existe bel et bien des voitures qui utilisent de l’hydrogène comme vecteur d’énergie. Ce sont donc des véhicules électriques, qui possèdent des moteurs électriques semblables aux véhicules électriques que nous connaissons, mais qui n’utilisent pas uniquement les batteries comme réserve de puissance. La réserve de puissance de ces véhicules est l’hydrogène.
On recharge une batterie avec du gaz ? C’est l’idée ! Pour cela on va utiliser une pile à combustible.
Comment fonctionne la pile à combustible ?
Une pile à combustible est constituée d’une anode, d’une membrane et d’une cathode. Lorsque les atomes d’hydrogène vont être au contact de l’anode, ils vont se décomposer entre des électrons et des protons. La membrane ne laissant passer que les protons, les électrons vont alors circuler par le fil pour rejoindre la cathode et les protons et donc on a la création d’un courant électrique !
L’oxygène présent dans l’air va ensuite réagir avec les protons et électrons présents dans l’anode pour former des molécules d’eau, il n’y a donc pas de rejet de CO2 !
Comme le montre le schéma ci-dessus, une pile à combustible utilise de l’hydrogène pour produire de l’électricité. De plus, étant au contact de l’oxygène, la seule espèce chimique rejetée est de l’eau ! Il s’agit donc d’un moyen propre pour l’environnement de produire de l’électricité.
Au global, une pile est composée d’un nombre de cellules proportionnellement important à la puissance du courant électrique que l’on souhaite obtenir en sortie.
Concrètement comment fonctionnent les véhicules à hydrogène ?
Lors du démarrage du véhicule, ou lorsque la voiture roule en demandant peu de puissance, la batterie alimente directement le moteur électrique.
Sur route ou autoroute, quand le véhicule demande une consommation d’énergie plus importante c’est la pile à combustible qui alimente le moteur électrique.
Si la demande de puissance est très importante, la pile et la batterie sont couplées.
De plus, la pile à combustible alimente non seulement le moteur électrique mais recharge en même temps la batterie. Cette dernière récupère aussi l’énergie de la voiture lorsque le véhicule freine par l’intermédiaire de l’inverseur.
Quels sont les avantages de l’hydrogène ?
Premièrement, comme le montre le schéma ci-contre, l’hydrogène possède un rapport masse puissance beaucoup plus élevé que les autres sources d’énergie actuellement utilisées.
Le principe pourrait donc être utilisé pour des camions ou des bateaux qui demandent un apport énergétique plus important qu’une simple voiture.
Deuxièmement, un véhicule fonctionnant à l’hydrogène consomme environ 1kg d’hydrogène pour 100 km et il peut embarquer entre 5 et 6 kg d’hydrogène. On a donc une autonomie de l’ordre de 600 km, ce qui est du même ordre de grandeur que les véhicules classiques fonctionnant à l’essence ou au diesel.
Troisièmement, et c’est le point le plus important, le plein de carburant ne prend que quelques minutes, Air liquide promet un plein en moins de 5 minutes. C’est ce qui donne un avantage conséquent à l’hydrogène par rapport aux autres technologies.
Enfin, d’un point de vue écologique, ces véhicules ne rejettent que de l’eau. Quand on sait que les transports routiers représentent près de 20% des rejets de CO2, on peut mesurer à quel point le développement des voitures à hydrogène peut avoir un fort impact sur l’environnement.
Mais alors pourquoi ces voitures n’envahissent-elles pas nos routes ?
Bien que l’hydrogène soit présent partout (eau, méthane,…) il n’est jamais isolé. Il faut donc le séparer des autres atomes. L’isolement de ces atomes est aujourd’hui réalisé en majorité par extraction d’hydrocarbures fossiles. Dans un contexte où les hydrocarbures fossiles sont en voie de disparition, la production d’hydrogène reste donc limitée. Néanmoins, il existe d’autres méthodes d’extraction à partir d’énergie renouvelable mais qui restent encore très coûteuses et pas assez évoluées pour une utilisation industrielle à grande échelle.
Par ailleurs, le lancement de ce type de véhicule implique des stations capables de délivrer de l’hydrogène. Et bien que la France compte des grands groupes et laboratoires de recherche dans le domaine, elle ne possédait que 5 stations sur son territoire ! De ce constat est né un projet qui vise à implanter une centaine de station à hydrogène d’ici 2018 (selon l’automobile sportive). Ces stations seront capables de remplir un réservoir en 3 à 10 minutes.
Les performances de ces véhicules sont relativement similaires aux véhicules classiques avec une vitesse de pointe un peu plus faible mais qui reste satisfaisante, comme on peut le voir dans le tableau suivant :
Les pays précurseurs en la matière sont le Japon et la Corée du sud ainsi que les États-Unis. Cela s’explique par le fait que les constructeurs automobiles précurseurs dans la conception et la commercialisation de véhicules à hydrogène sont Toyota et Honda qui ont commencé à commercialiser des véhicules dès 2015 mais qui ne sont pas présents sur nos routes à cause du manque de stations.
Bien que les prix de ces véhicules restent encore élevés, la démocratisation de l’hydrogène dans les moyens de Transports semble être en vogue, à l’image d’Alstom qui travaille sur le développement d’un train électrique alimenté à l’hydrogène.