LA VOITURE À HYDROGÈNE :
UNE TECHNOLOGIE D’AVENIR ?
La voiture à hydrogène pourrait être la solution de demain, mais il reste des freins au développement de cette technologie. On fait le point.
Le sens de l’histoire est connu. Les motorisations thermiques vont perdre petit à petit des parts de marché avec la volonté des différents gouvernements et notamment de la France de les éradiquer en 2040. Quelles solutions pour les remplacer ?
Pour l’instant, aucun type de motorisation ne s’impose comme LA solution de demain. L’hybride mène la course, les électriques à batterie montent en puissance tandis que la pile à combustible (fuel cell) attend son heure… Pourquoi cette technologie ne parvient-elle pas à percer en France ? Auto Plus fait le point.
Avant cela, petite explication sur le fonctionnement de ces autos qui ne rejettent que de la vapeur d’eau.
Comment ça marche une voiture à hydrogène ?
Un véhicule à hydrogène, c’est une voiture électrique dont l’énergie est fournie par une pile à combustible. Cette dernière produit de l’électricité via une réaction chimique obtenue en combinant l’hydrogène stocké dans le réservoir de la voiture et l’oxygène de l’air.
Que pensez-vous de la pile à combustible ? Croyez-vous en cette technologie ? On attend de lire vos commentaires.
avec Laurent Chiapello
Sources : Auto Plus Vert, AirLiquide, Les Echos, Challenges
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La conduite d’une voiture à hydrogène offre tous les avantages d’une motorisation électrique -couple, silence, souplesse… – sans la contrainte d’une autonomie réduite et d’un temps de recharge long. En effet, faire le plein du réservoir d’hydrogène pour 700 à 800 km d’autonomie est aussi simple et rapide que faire un plein de super… à un détail près : il n’existe aujourd’hui qu’une dizaine de pompes en France !
Alors que l’Allemagne en compte près de 100 sur son territoire (c’est le leader européen des stations à hydrogène), la France ne dispose que d’une dizaine d’installations. Pourquoi si peu ? Car, le coût d’une station à hydrogène n’est pas négligeable : on l’estime entre 500.000€ et 1 million d’euros (contre 50.000€ pour une borne de recharge pour VE). Le stockage de l’hydrogène n’est pas simple. (Lire le chapitre suivant).
1) La production d’hydrogène pose problème.
Deux possibilités : soit on le fabrique à partir du gaz naturel, mais cette technique génère d’importantes quantités de gaz à effet de serre, soit on produit de l’hydrogène par une électrolyse de l’eau, ce qui nécessite de l’électricité et ne sera donc une méthode « verte » que si l’électricité utilisée est issue d’énergies renouvelables (éolien, solaire…). La France a mis en place une enveloppe de 100 millions d’euros afin de développer la production d’hydrogène « vert ».
2) Le transport et le stockage d’hydrogène n’est pas simple.
« L’hydrogène est un gaz extrêmement léger qui occupe un volume important dans les conditions de pression standard, c’est-à-dire à la pression atmosphérique. Pour le stocker et le transporter efficacement, il faut fortement réduire ce volume et donc augmenter sa pression » explique Air Liquide. « Il faut un volume d’environ 11 m3, c’est-à-dire le volume du coffre d’un grand utilitaire, pour seulement stocker 1 kg d’hydrogène, soit la quantité nécessaire pour parcourir 100 km ». L’hydrogène est comprimé dans des bouteilles avant d’être refroidi pour pouvoir être distribué.
3) Les voitures à hydrogène coûtent cher
Même si les constructeurs travaillent sur le sujet depuis longtemps, la voiture à hydrogène en est encore à un stade quasi expérimental. Et donc très chère à l’achat. Il faut compter au minimum 75.000€ (hors bonus) pour s’en offrir une. Le prix est élevé en raison de la présence de particules de platine (pour accélérer la réaction chimique des éléments) et le coût de fabrication du réservoir. Le contenant coûterait à lui seul entre 2.000 et 3.000€ pour une voiture de tourisme. Par ailleurs, le plein n’est pas donné non plus. A l’usage, il faut compter environ 60 euros pour un plein.
L’essentiel des quelques 10.000 véhicules en circulation dans le monde est fabriqué par Toyota, Hyundai ou Honda. Ce sont les 3 constructeurs les plus avancés sur la question.
L’utilisation d’une voiture à pile à combustible ne génère aucune pollution directe. Elle n’émet que de l’eau, produit annexe de la transformation de l’hydrogène en électricité. Bref, aujourd’hui, le bilan écologique global de la voiture à hydrogène est mitigé. Demain, en revanche, la montée en puissance de la production d’électricité « propre » pourrait booster cette technologie.
Sur les 12.000 véhicules à pile à combustible en circulation dans le monde, une moitié est basée en Californie et l’autre en Asie, principalement au Japon et en Corée. On compte près de 400 stations dans le monde dont une centaine au Japon, environ 80 en Allemagne, 60 en Californie et une petite dizaine en France (ouvertes au public) Voir la carte de France des stations à hydrogène.
En 2020, les aides s’amenuisent pour les véhicules électriques. Contrairement aux VE qui n’ont plus le droit à rien lorsque leur coût de revient total dépasse les 60.000€, les modèles à hydrogène bénéficient encore d’un coup de pouce à l’achat d’un montant de 3000€.
En France, l’offre est assez restreinte. Depuis le mois d’octobre 2018, Toyota commercialise la Mirai. Mise à prix : 78.900€…
Le second modèle à hydrogène disponible sur le marché pour les particuliers est le Hyundai Nexo (il remplace le iX35 Fuel Cell). Ticket d’entrée: à partir de 75.600€.
Fin 2019, Renault a lancé ses premiers véhicules utilitaires à hydrogène en association avec la société Symbio. Il s’agit des Kangoo et Master.
Les avantages de la pile à combustible :
– Aucune contrainte d’usage
– Agrément de conduite
– Zéro émission
Les inconvénients de la pile à combustible
– Production d’hydrogène difficile
– Peu d’autos et de pompes
– Prix des voitures
La voiture à l'hydrogène
est-elle vraiment pour demain ?
Les choix technologiques pour
décarboner l'automobile ne sont
pas définitivement fixés.
Une alternative se profile.
Lakehurst, New Jersey, 6 mai 1937. Le LZ 129 Hindenburg s'écrase à son arrivée aux Etats-Unis. C'est la première catastrophe aérienne transatlantique. Bilan : 36 morts. Les images effroyables du crash du zeppelin ont définitivement enterré l'hydrogène comme carburant. Sauf que le carburant du Hindenburg n'était pas l'hydrogène, mais du gazole. L'hydrogène, ou plutôt le dihydrogène, ne faisait qu'assurer la lévitation du dirigeable. Une brèche entraînant un mélange avec l'oxygène de l'air suivi d'un arc électrique ont été les causes de l'explosion.
Reste que l'hydrogène, jugé dès lors trop dangereux, n'a plus été envisagé dans le domaine des transports. Pourtant, il s'agit de l'élément chimique le plus répandu dans l'univers, ainsi que la première source d'énergie. Le soleil en est composé à 92 %. Pour l'instant, l'hydrogène reste difficile à extraire et compliqué à stocker mais, depuis une vingtaine d'années, certains constructeurs automobiles parient qu'il sera le carburant du futur.
BMW a été la première firme européenne à avoir envisagé sérieusement de remplacer l'essence par ce gaz. En 2005, le constructeur allemand a présenté à l'état expérimental (200 voitures rouleront par la suite sur la planète) la limousine Hydrogen 7. Basée sur la 760 Li, il s'agissait d'une adaptation bicarburation du carrosse V12 préexistant. La voiture roulait aussi bien avec du carburant fossile qu'avec de l'hydrogène liquéfié. En permanence, afin de le stabiliser dans son réservoir de 170 litres situé dans le coffre, l'hydrogène était maintenu à une température de -253 °C et à une pression de 700 bars. Les circuits et autres injecteurs avaient été renforcés afin de pouvoir envoyer dans les cylindres le gaz avec une pression de 300 bars.
Problème : si avec un plein d'essence, cette Hydrogen 7 pouvait rouler durant 500 kilomètres, avec un plein de gaz, son autonomie ne dépassait pas les 200 kilomètres. Quant aux stations capables de recharger la voiture, on n'en dénombrait qu'une demi-douzaine sur Terre… Résultat, le projet a vite été abandonné par le constructeur munichois qui s'est orienté, avec l'électrification de sa gamme, vers des projets offrant un meilleur ratio efficience/coût.
L'électrification n'a toutefois pas sonné le glas définitif de l'hydrogène. Un moteur peut tout à fait être alimenté par une pile à combustible dont l'électricité est produite à partir de l'hydrogène. Et le résidu de la combustion du gaz donne… de l'eau ! Seulement, pour fabriquer une telle pile, une quantité importante de platine s'est longtemps avérée nécessaire. Jusqu'au début des années 2010, obtenir un moteur d'une puissance de 50 kW (62 chevaux) nécessitait 50 grammes de platine, ce qui représentait un coût de 2 150 euros en janvier 2011. Trop onéreux pour une production de masse. La recherche a néanmoins continué. Les premières voitures de série à pile à combustible à hydrogène sont sorties en 2014 (Hyundai ix35 FuelCell) et 2015 (Toyota Mirai). Si la coréenne utilisait encore 78 grammes de platine pour produire une puissance de 100 kW, le constructeur japonais était déjà parvenu à descendre à 30 grammes.
Les deux géants asiatiques ont également bénéficié d'une conjoncture très favorable pour cette technologie, avec l'effondrement du cours du platine (- 35 % entre début 2011 et septembre 2019). Cette évolution à la baisse est d'ailleurs en grande partie due à la diminution de la demande par l'industrie automobile, dont les besoins en platine ont diminué pour la fabrication des pots catalytiques. Dans les années à venir, les constructeurs pourraient même totalement se libérer du platine. Des chercheurs français du CEA et du CNRS ont déjà expérimenté une technologie utilisant du fer et du nickel couplés à des nanotubes de carbone comme composants de substitution.
En attendant cette possible évolution, le Coréen Hyundai a programmé un investissement de 5,45 milliards d'euros pour fabriquer 700 000 voitures d'ici 2030. Il est aussi parvenu à réduire ses besoins en platine : 56 grammes pour le moteur de 120 kW installé dans le SUV Nexo. De son côté, Toyota travaille à l'élaboration d'une pile à combustible qui ne requerra que 10 grammes de platine pour 100 kW de puissance. Persuadé que l'avenir de la voiture électrique passe par l'hydrogène, le n° 1 mondial a même procédé à une opération inédite en janvier 2015. Toyota a partagé gratuitement ses 5 600 brevets relatifs à la pile à combustible. But clairement annoncé : que ses concurrents adoptent également la pile à combustible et la fassent progresser.
Tous les grands constructeurs n'ont pas adhéré au projet nippon. Le groupe Volkswagen en tête. Le 12 mars dernier, à l'occasion de sa conférence de presse annuelle, son président Herbert Diess a déclaré : "Il n'y a pas d'alternative à la voiture à batterie pour les décennies à venir. (...) La situation est claire : les objectifs climatiques ne peuvent être atteints qu'avec les véhicules électriques. L'hydrogène est moins efficient." 1,7 fois moins pour être précis. En clair, à quantité d'énergie égale, le véhicule électrique à batterie parcourt 70 % de distance en plus que celui à hydrogène.
Une affirmation incontestable. Néanmoins, le véhicule à pile à combustible se charge plus rapidement. En cinq minutes (le temps d'un plein d'essence), la Hyundai Nexo absorbe 6,3 kg d'hydrogène sous pression. Elle est donc capable de repartir très vite pour 666 kilomètres. Problème : à l'heure actuelle, les stations sont très rares dans l'Hexagone. Le prix du kilo d'hydrogène (15 euros en France contre 9,50 euros outre-Rhin) est une autre barrière majeure. Il faut compter une quinzaine d'euros pour parcourir 100 kilomètres contre seulement deux euros avec une électrique alimentée par batterie.
Si l'hydrogène n'a pas l'avantage pour l'instant, l'avenir n'est pas écrit. Selon une étude publiée au second semestre 2018 par la banque Morgan Stanley, le coût de production de l'hydrogène devrait baisser de 70 % d'ici 2030 pour générer un chiffre annuel mondial de 2 300 milliards d'euros contre 135 milliards actuellement. En toute logique, Renault et BMW ont donc annoncé la sortie future d'automobiles à pile à combustible. De quoi faire baisser les prix de vente ? Aujourd'hui, il faut débourser 78 900 euros pour une Toyota Mirai et 72 000 euros pour une Hyundai Nexo. La démocratisation du marché n'est pas encore en marche.
La Toyota Mirai passée au rayon X
SP/Toyota
1 Le moteur éléctrique : L’air pénètre par de larges prises pour alimenter en oxygène la pile à combustible. Le moteur transforme l’électricité en mouvement pour propulser la voiture.
2 La pile à combustible : L’hydrogène et l’oxygène de l’air réagissent chimiquement et génèrent de l’électricité et de l’eau. L’électricité alimente le moteur et l’eau est évacuée.
3 Le réservoir : Il contient cinq kilos d’hydrogène conservé à une pression de 700 bars pour assurer la sécurité maximale de la voiture.
4 L’énergie : Une batterie Ni-Mh de 1,6 kWh permet d’accroître l’e™ - cience. Elle stocke l’énergie récupérée lors des phases de freinage et de décélération, puis la réutilise pour les manoeuvres et les accélérations.
En chiffres
- 799 euros par mois : c'est le tarif de la Mercedes-Benz GLC F-Cell, disponible uniquement en location et en Allemagne.
- 28 stations sont en activité en France (35 en projet). Il y en a 140 en Europe (49 en construction). En Corée du Sud, 310 stations sont annoncées à horizon 2022.
- 2 bus à hydrogène circulent actuellement dans les Yvelines entre les gare de Versailles-Chantiers et de Jouy-en-Josas.
- 962,50 euros de platine sont nécessaires à la fabrication d’une pile à combustible contenant 35 grammes du métal précieux.
