Mobilités : la voiture à hydrogene, vite !

La réduction des émissions de CO2 est un objectif planétaire.

Pour les véhicules automobiles, cela signifie passer d’une motorisation à base de carburants carbonés (essence, diesel, gaz) vers une motorisation électrique. Avec l’avantage de supprimer également les particules fines, les NOx et autres effluents.

A partir du milieu des années 90, ont été commercialisés des modèles hybrides – le modèle précurseur étant la TOYOTA PRIUS, suivi par d’autres modèles, comme la HONDA CIVIC – avec un nouveau type de batteries Nickel Hydrure Métallique, ayant comme avantage une importante capacité de stockage et une très longue durée de vie. Elles continuent à être commercialisées et à rouler aujourd’hui après avoir été vendues à plusieurs millions d’exemplaires

Plus récemment, ont été mis sur le marché de nouveaux véhicules, comme la TESLA, 100% électriques, équipés de batteries Lithium ion, qui ont une capacité de stockage par kilo un peu plus élevée que les batteries Nickel Hydrure métallique, mais une durée de vie plus courte.

Cette solution de mobilité, voiture électrique motorisée à 100% par des batteries, se développe, soutenue par les pouvoirs publics dans de nombreux pays

Cette technologie, en apparence très vertueuse, présente néanmoins des inconvénients :

1. D’abord, elle utilise des matériaux non renouvelables: l’utilisation de batteries Lithium-ion, dont la durée d’utilisation est limitée à quelques années, crée une dépendance au Lithium, et dans une moindre mesure, aux cobalt, Nickel ou Aluminium, qui sont, tout comme les hydrocarbures, des matériaux non renouvelables. Qu’il faudra par ailleurs produire dans le cadre d’infrastructures minières à créer et à développer, et dans le cas du Lithium, en quantité gigantesque. Et qu’il faudra ensuite recycler. Par ailleurs, la mise en place des nombreuses stations de recharge a comme conséquence de requérir d’importants volumes de cuivre, non renouvelable non plus, nécessaire au réseau de transport d’électricité spécifique à mettre en place pour alimenter les nombreuses bornes
2. Ensuite, elle ne couvre que partiellement les besoins des automobilistes.

L’autonomie reste limitée, à moins de surcharger le véhicule en batteries. A titre indicatif, 1 kg de batterie permet de parcourir 120 km. Donc une autonomie de 500 km nécessite environ 400 kg de batterie. L’argument que 90% des déplacements font moins de 50 km est certainement vrai, mais que fait-on des 10% restant qui, eux, peuvent être très longs : proche de 1000 km lors de déplacement vers les lieux de vacances. Alors comment faire lorsque l’autonomie de son véhicule électrique est de l’ordre de 500 km ? Seule option : recharger en cours de route. C’est pour cela que des réseaux de recharge se mettent en place, avec la promesse de recharge de batterie à hauteur de 80% en 40 minutes. Oui, mais combien de temps d’attente pour accéder à une borne de recharge lors des transhumances estivales où les trafics autoroutiers se compte en milliers de voitures par heure, et génèreront donc des files d’attente aux bornes de recharge en cas de généralisation de la voiture à batteries. Pour le grand public, cette situation est aujourd’hui un réel frein à l’acquisition de véhicules à batteries.

Cette solution 100% batterie électrique est donc adaptée pour les voitures dites « citadines », de dimensions limitées, avec une autonomie jusqu’à 200 où 250 km. Dans ce cas, le poids des batteries à embarquer reste acceptable. Elle n’est pas adaptée pour les véhicules voyageant sur de longues distances.

3. Pour ce qui est de la souveraineté, sujet stratégique et pour le moins sensible, soyons clairs, cette filière crée une dépendance totale : le lithium et le cuivre sont extraits hors du territoire national, le leader mondial des batteries est chinois, ce qui laisse présager une situation similaire à celle des panneaux solaires, où toute la production est maintenant chinoise ….
4. Enfin, la généralisation des recharges rapides nécessitera encore plus de puissance électrique instantanée, incompatible avec le développement des énergies renouvelables, non pilotable.
5. Sans parler des problèmes d’incendies, rares, certes, mais très difficile à maitriser

Il existe une autre technologie électrique, fonctionnant avec des piles à combustible.

Le principe : l’hydrogène (le carburant) se combine à l’oxygène (présent dans l’air) pour générer de l’électricité en ne rejetant que de l’eau.

Le principe a été découvert par le physicien Christian SCHONBEIM en 1839, le premier prototype créé en 1842 en laboratoire par William Robert GROVE. Cette technologie a été ressortie des cartons par les Américains dans le cadre du programme Apollo pour aller sur la lune. Elle a été appliquée aux véhicules automobiles depuis plus de 15 ans – modèles MIRAI de TOYOTA et NEXO de HYUNDAI, qui sont équipées d’une telle pile à combustible et d’une batterie tampon.

Les caractéristiques de la pile à combustible :

1. Poids très limité : quelques kilogrammes suffisent pour un véhicule automobile. Cependant, le réservoir qui nécessite de résister à des pressions de 700 bars, pèse de l’ordre de 100 kg pour un contenu en hydrogène de 5 à 7 kg
2. Autonomie : Avec un plein de 7 kg, environ 650 km. Faire le plein est une opération similaire à celle des carburants : facile, rapide
3. L’hydrogène est disponible dans la nature par le biais de l’électrolyse de l’eau, et devrait être produit dans le futur majoritairement à base d’énergie renouvelable – Avantage : utilisation des pics de production d’électricité renouvelable non pilotables pour générer de l’hydrogène

Alors quels sont les points faibles de cette technologie ?

1. Le rendement du cycle de production : électrolyse de l’eau pour produire l’hydrogène, puis production de l’électricité par la pile à combustible est de l’ordre de 30%. Un peu plus faible que le rendement d’un moteur thermique utilisé jusqu’à présent. Et pas compétitif par rapport aux batteries qui restituent plus de 90% de l’énergie électrique stockée. Donc, pour cette raison, ne peut pas être une solution universelle.
2. Le stockage de l’hydrogène nécessite à peu près 4 fois plus de volume que celui de l’essence ou du gasoil. Donc compter environ 200 litres de volumes pour une autonomie de l’ordre de 600 km, contre 50 litres pour un véhicule à carburant carboné
3. Le fonctionnement des piles à combustible actuelles nécessite du platine. Même si la quantité est faible, c’est un métal rare, et cher. De nombreuses recherches sont en cours pour trouver un produit de substitution.
4. Il n’y a pas réellement de réseau de distribution d’hydrogène organisé. A ce jour, il n’existe que très peu de stations accessibles au grand public
5. La puissance de piles à combustible est à ce jour limitée. Son usage nécessite donc une batterie tampon pour absorber les variations de puissance appelées

Où en sont les constructeurs de véhicules automobiles ?

En plus des constructeurs historiques, TOYOTA et HYUNDAI, les constructeurs de véhicules automobiles se sont lancés dans la production de véhicules à hydrogènes : mais surtout pour des utilitaires, qui peuvent être utilisés dans le cadre d’une flotte d’entreprise, et qui rayonnent donc autour de leur point d’approvisionnement en hydrogène, comme par exemple le Master de RENAULT

Mais, il n’y a pas que des utilitaires : dans le cadre de sa rénovation de gamme, RENAULT a présenté il y a quelques jours sa RENAULT SCENIC « VISION », voiture avec une batterie, à laquelle a été adjointe une pile à combustible permettant une autonomie supplémentaire de 250 km, pour les trajets un peu longs. Positionnement habile, certainement précurseur de ce qui se fera dans le futur, avec des batteries en quantité limitée, mais suffisante pour les trajets quotidiens, et des piles à combustibles donnant encore plus d’autonomie pour les trajets plus conséquents, avec une faible surcharge puisque la batterie utilisée en mode 100% batteries peut également servir de batterie tampon pour le fonctionnement en mode « pile à combustible »

Et PEUGEOT n’est pas en reste et développe un prototype de course pour le Mans….à hydrogène

Hors de France, il y a effervescence. La pile à combustible génère beaucoup d’intérêt. La Chine, pour ne parler que d’un seul pays, développe actuellement toute une filière de véhicules à hydrogène : après être devenus leader dans les batteries, la Chine veut devenir leaders des véhicules à hydrogène.

Il ne faut pas trainer, la place de leader est encore à prendre !

Et la disponibilité de l’hydrogène ?

Il y a de nombreux projets de production d’hydrogène, principalement à partir d’énergie renouvelable : l’hydrogène devrait donc être disponible dans toutes les régions de France très rapidement. Encore faut-il le distribuer. Quelques stations existent, avec le concours d’AIR LIQUIDE. 4 en région parisiennes. C’est un début. La plupart des régions développent des projets qui devraient permettre un premier maillage. TOTAL ENERGIE s’est également engagé à développer de la distribution d’hydrogène dans un certain nombre de stations-services.

Et les consommateurs ?

Beaucoup sont dans l’attentisme. Ils attendent une solution qui couvrira réellement leurs besoins. Et cette solution passe par la pile à combustible et l’hydrogène !

Voici comment se segmentera le marché de la mobilité automobile :

• Les petits modèles, de petite taille et d’autonomie limitée (jusqu’à 250 km) : 100% batterie
• Les modèles de taille moyenne seront hybrides batterie (autonomie de 250 km) et pile à combustible (autonomie de 250 km). Ce qui permet de faire des voyages assez longs en rechargeant avec de l’hydrogène à une certaine fréquence
• Pour les gros rouleurs, ayant besoin d’autonomie plus importantes : 100% pile à combustible.
• Au-delà d’une certaine taille, la solution 100% pile à combustible s’imposera.

Il est clair que ce sera le cas pour les camions type semi-remorque, dans lesquels il ne serait pas envisageable d’embarquer plusieurs tonnes de batteries, qu’il faudrait de toute façon recharger après quelques centaines de km, nécessitant une puissance colossale pour une recharge rapide, ou, dans le cas d’une recharge classique, plus lente, un temps de recharge incompatible avec les cycles du transport routier

Ne laissons pas passer l’opportunité de devenir un leader des véhicules électriques à hydrogène, hybrides ou 100% hydrogène. Et de participer encore mieux à la transition énergétique !

Cela nécessite une coordination des constructeurs d’automobiles, des distributeurs d’hydrogène et des pouvoirs publics dans le cadre de politiques d’incitations afin de créer l’environnement favorable à leur développement.

Les consommateurs, eux, seront prêts, et ravis de voir le frein à l’acquisition de véhicules automobiles, à savoir une autonomie limitée, enfin solutionné.