Les voitures à pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène sont considérées comme une alternative propre aux voitures à moteur à combustion : localement, elles ne produisent pas d’émissions. Comment fonctionnent ces voitures ? Y a-t-il déjà suffisamment de stations-service à hydrogène ? Quelles sont les perspectives d’avenir ? Voici les principales informations.
Comment fonctionne une voiture à hydrogène ?
Les voitures à hydrogène ou, pour être plus précis les voitures à pile à combustible, sont en fait des véhicules électriques. La différence par rapport à une voiture électrique « normale » est que le véhicule est équipé d’une pile à combustible et d’un réservoir d’hydrogène. C’est cela qui produit l’électricité nécessaire au moteur électrique. Une petite batterie fait office de tampon ou de réservoir intermédiaire et couvre les pics de charge, par exemple lors de l’accélération. De plus, elle absorbe l’énergie de récupération (énergie cinétique lors du freinage) et la stocke.
Dans la pile à combustible, le courant électrique est produit à partir d’hydrogène. Cela se fait par l’inversion de l’électrolyse. L’hydrogène et l’oxygène de l’air réagissent pour former de l’eau, ce qui génère de la chaleur et de l’énergie électrique. Cette dernière alimente le moteur électrique.
Les véhicules utilisent des piles à combustible dites PEM (membrane électrolytique polymère). Leur mode de fonctionnement : La membrane sépare l’hydrogène et l’oxygène de l’air, qui baignent respectivement l’anode et la cathode. La membrane n’est perméable qu’aux ions d’hydrogène. À l’anode, les molécules d’hydrogène se séparent en ions et en électrons.
Les ions d’hydrogène se déplacent à travers la PEM jusqu’à la cathode où ils se combinent avec l’oxygène de l’air pour former de l’eau. Mais les électrons d’hydrogène doivent faire un détour par une conduite de l’anode à la cathode. Le flux de courant électrique qui en résulte charge la batterie ou entraîne le moteur électrique du véhicule.
Quels sont les véhicules à hydrogène disponibles ?
Les premiers véhicules à pile à combustible « de série » sur le marché sont la Hyundai Nexo et la Toyota Mirai. Mercedes a proposé le GLC F-Cell, mais l’a déjà retiré du marché depuis.
Y a-t-il suffisamment de stations-service à hydrogène ?
On ne peut pas encore parler d’un approvisionnement généralisé en stations-service à hydrogène dans toute l’Europe. En France, il existe actuellement une soixantaine de stations-service à hydrogène où l’on peut faire le plein publiquement.
Comment trouver des stations-service à hydrogène ?
L’opérateur H2 Mobility, une entreprise dont les actionnaires sont Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell et TOTAL, propose une carte numérique qui indique toutes les stations d’hydrogène européennes avec leur adresse, leur opérateur, leurs horaires d’ouverture et, en règle générale. Vous pouvez consulter la liste des stations sur ce site.
Comment le carburant est-il stocké dans la voiture ?
Les systèmes de stockage des véhicules à pile à combustible sont très différents de ceux des voitures conventionnelles avec réservoir d’essence ou de diesel. L’hydrogène est stocké soit sous forme gazeuse à haute pression (350 bars ou 700 bars), soit sous forme liquide à moins 253 degrés Celsius. Dans cet état, on obtient une densité énergétique très élevée. Pour cela, il faut des réservoirs spéciaux.
Entre les deux enveloppes du réservoir se trouvent, sous vide, des matériaux isolants qui maintiennent le réservoir froid et minimisent les pertes par évaporation. Les stations-service stockent l’hydrogène aussi bien sous forme gazeuse que congelée.
Les voitures à hydrogène ne produisent-elles pas d’émissions ?
Cela dépend de la manière dont l’hydrogène est produit. Aux yeux de la loi, les voitures à hydrogène sont considérées comme des véhicules à émission zéro. Le processus électrochimique ne produit pas d’émissions locales, de la chaleur et de la vapeur d’eau sont libérées, ainsi que de très faibles quantités de NOx. Ces dernières sont dues à l’utilisation d’oxygène ambiant dans le processus. Ce gaz en revanche est considéré comme polluant.
Mais il faut également tenir compte des émissions liées à la production d’hydrogène. Les différences sont alors énormes : Si l’hydrogène est produit avec du gaz naturel, le bilan est misérable. Si l’électricité utilisée provient d’énergies renouvelables, la situation est bien meilleure. C’est le même débat que l’on a avec la production actuel d’électricité (charbon, nucléaire et renouvelable)
Dans la recherche d’un remplacement à long terme des combustibles fossiles, l’hydrogène et les voitures à pile à combustible offrent donc certainement des opportunités. Mais seulement si l’énergie provient de sources d’énergie renouvelables comme le photovoltaïque, l’éolien, l’hydraulique, le solaire thermique, la géothermie et la biomasse.
Quelle est la sécurité d’une voiture à pile à combustible ?
Non toxique, invisible et volatile, l’hydrogène impose aux concepteurs d’autres exigences en matière de sécurité que l’essence, par exemple : l’hydrogène a une plus grande marge d’inflammabilité. Pour une homologations, il y a des exigences strictes en matière de sécurité et de tests (par exemple, des tests de pression, d’étanchéité, d’éclatement et de résistance au feu). Les normes de sécurité européennes relatives aux crash-tests s’appliquent également à ces véhicules.
L’hydrogène fonctionne-t-il aussi dans un moteur à combustion ?
Les ingénieurs de BMW ont conçu des moteurs à essence bivalents capables de brûler à la fois de l’essence et de l’hydrogène. Une BMW Série 7 équipée de cette manière figurait même officiellement dans la liste de prix BMW.
Les moteurs à combustion d’hydrogène sont basés sur le moteur de série normal et se caractérisent, comme celui-ci, par un confort, une dynamique et une densité de puissance élevés. Ils se distinguent toutefois par leur système d’admission modifié, qui permet d’une part une injection directe de l’essence et d’autre part une injection de l’hydrogène dans les tuyaux d’aspiration.
Une autre différence réside dans la modification de la commande de la combustion et du post-traitement des gaz d’échappement. Le brûleur à hydrogène ne produit pratiquement que de l’eau et de faibles quantités de NOx issues de la combustion. Toutefois, BMW a cessé de développer un véhicule à hydrogène avec moteur à combustion en 2009.
