Voiture à hydrogène : fonctionnement, problèmes, avantages

Une voiture à hydrogène est un type d’automobile qui utilise des piles à combustible pour alimenter son moteur. Ces voitures sont en cours de développement depuis de nombreuses années, et les premiers modèles disponibles dans le commerce ont commencé à apparaître en 2014. Les voitures à hydrogène offrent de nombreux avantages par rapport aux véhicules à essence traditionnels, notamment des émissions plus faibles, une durabilité accrue et une plus grande autonomie. Cependant, il y a aussi quelques défis importants à surmonter avant que ces véhicules puissent se généraliser. Dans cet article, nous allons examiner de plus près le fonctionnement des voitures à hydrogène et explorer les avantages et les inconvénients de cette technologie émergente.

L’hydrogène n’est pas renouvelable, Il doit être produit

Sur Terre, l’hydrogène n’est pas disponible sous forme naturelle. Ce gaz ne peut donc pas être considérée comme une source renouvelable, du moins sous sa forme primaire. Il s’agit plutôt d’un vecteur d’énergie. Aujourd’hui, il est produit par la gazéification du charbon et le traitement chimique des hydrocarbures, deux pratiques non durables, étant donné la quantité élevée de dioxyde de carbone rejetée dans l’atmosphère (ou par le reformage à la vapeur du gaz naturel) un procédé qui consiste à faire réagir le méthane et la vapeur d’eau à une température comprise entre 700 et 1 100°C pour produire du syngaz, un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène, ou encore, par deux systèmes respectueux de l’environnement.

Dans le premier cas, on utilise des algues, mais aussi des boues et des eaux usées, dans des bioréacteurs spéciaux. Dans le second, on s’appuie sur l’électrolyse de l’eau.

L’électrolyse éolienne ou solaire est durable

Lors de l’électrolyse de l’eau, un courant à basse tension traverse le fluide et produit de l’oxygène et de l’hydrogène sous forme gazeuse. Dans le passé, l’électricité consommée pour cette opération valait plus que l’hydrogène produit ; le bilan énergétique était donc négatif et non durable. Il fallait au moins 45 kWh pour produire un kilogramme d’hydrogène, alors que la technologie actuelle, aidée par la disponibilité de solutions aqueuses d’alcools renouvelables tels que l’éthanol, le glycérol et d’autres extraits de la biomasse, fixe le besoin énergétique à 18,5 kWh. L’énergie qui est de plus en plus fournie par des sources renouvelables (principalement éoliennes et solaires) et qui, dans certains pays comme l’Allemagne, est liée à la nécessité d’absorber les pics de production, d’optimiser l’ensemble du système et de faire de l’hydrogène une source qui est, au sens propre, « renouvelable ».

Un bilan énergétique positif est possible

La production d’hydrogène à partir de sources renouvelables permet un bilan énergétique positif. C’est le point de vue de Toyota, par exemple, première marque au monde à introduire sur le marché une voiture standard à pile à combustible, qui s’est engagée dans la création d’une chaîne d’approvisionnement vertueuse dans les villes japonaises de Yokohama et Kawasaki grâce au parc éolien de haute technologie Hama Wing.

Toutefois, pour que l’hydrogène devienne abordable, et donc économiquement durable, d’autres développements sont nécessaires. Tout d’abord, la dissémination des points de ravitaillement et des flottes de voitures et de bus capables d’assurer une charge adéquate pour chaque station. Un mode opératoire, en somme, qui minimise les risques financiers et fait passer la distribution de ce carburant d’une technologie de niche à une solution de masse.

Un horizon auquel certains constructeurs croient fermement, attirés par l’objectif de produire des véhicules à zéro émission (à condition que l’hydrogène ne soit pas dérivé, comme on l’a dit, des combustibles fossiles) et caractérisés par une autonomie généreuse, renouvelable en quelques minutes.

La voiture à hydrogène repose sur l’électrochimie

Les systèmes de propulsion à l’hydrogène convertissent l’énergie chimique de ce combustible en énergie mécanique selon deux schémas de base : en le brûlant dans un moteur à combustion interne, comme c’est le cas des fusées de la NASA, l’agence spatiale américaine, ou en le faisant réagir avec de l’oxygène dans une pile à combustible pour produire de l’électricité.

Les véhicules qui suivent la première stratégie sont appelés HICEV (Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle), tandis que les seconds sont appelés FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle). La mobilité du futur est en effet réservée à ces dernières, compte tenu de l’absence d’émissions et de l’accessibilité de la technologie requise pour atteindre un kilométrage remarquable avec un simple ravitaillement.

Les piles à combustible produisent de l’énergie mais aussi de l’eau

Les piles à combustible, au cœur des voitures à hydrogène modernes, sont des dispositifs électrochimiques qui permettent d’obtenir de l’électricité à partir de la combinaison d’hydrogène et d’oxygène, sans aucun processus de combustion thermique. La réaction nécessaire à cet effet repose sur l’idée de briser les molécules d’hydrogène en ions positifs et en électrons ; ces derniers, en passant par un circuit externe, fournissent un courant électrique proportionnel à la vitesse de la réaction chimique, qui peut être utilisé à toutes fins. Cette réaction produit un déchet, l’eau, qui peut être rejetée dans la nature car elle est parfaitement compatible avec l’environnement et n’est pas du tout altérée.

L’hydrogène doit être comprimé

Les problèmes techniques liés à l’utilisation de l’hydrogène pour l’automobile sont essentiellement liés à sa faible densité énergétique sur une base volumétrique (notamment par rapport aux hydrocarbures) qui nécessite soit des pressions particulièrement élevées pour le stockage, soit, alternativement, un traitement cryogénique. À l’heure actuelle, il n’existe aucune alternative dans le secteur automobile, car tant l’adoption de grands réservoirs que le stockage sous forme d’ammoniac, d’hydrures métalliques, d’hydrocarbures synthétiques (tels que le méthanol) ou de nanotubes, tant en carbone qu’en silicium, ne sont guère adaptés à une utilisation dans des véhicules compacts. La pression de stockage joue donc un rôle central dans l’utilisation de l’hydrogène pour la locomotion, bien qu’elle ouvre la porte à des questions concernant non pas tant la sécurité que l’adéquation et la durabilité du système, puisque la compression de l’hydrogène implique une dépense d’énergie.

La voiture à hydrogène partage les avantages des voitures électriques

Une voiture à hydrogène est une voiture électrique, mais équipée de piles à combustible au lieu de batteries ordinaires. Du point de vue de la conduite, rien ne change, car les avantages tels que la poussée instantanée, le débit linéaire, l’absence de saccades à la reprise et un confort de premier ordre ne sont pas remis en question.