L’hydrogène est de plus en plus évoqué pour des transports verts. Nous allons donc étudier cette technologie, ses avantages et défauts ainsi que se pencher vers l’avenir.
Hydrogène : QU’EST-CE QUE C’EST ?
Lorsque l’on parle de véhicules à hydrogène, on peut penser que c’est un moteur utilisant l’hydrogène comme carburant ou tout simplement ne pas trop savoir ce que c’est. Nous allons donc commencer par expliquer ce qu’il en est.
Il existe deux façons d’utiliser l’hydrogène pour faire avancer un véhicule mais dans les deux cas, il faut d’abord le séparer des éléments auxquels il est associé à l’état naturel. Pour cela, il faut utiliser le vaporeformage du gaz naturel (un combustible fossile) ou l’électrolyse de l’eau qui demande un apport d’électricité.
La première manière d’utiliser l’hydrogène dans les transports appartient plutôt au passé qu’à l’avenir. Elle consiste à utiliser l’hydrogène comme carburant dans un moteur à combustion interne de la même façon que cela se fait pour un véhicule diesel ou essence. L’hydrogène peut également compléter un carburant classique. Cependant, l’hydrogène comme carburant semble avoir totalement été abandonné depuis l’échec de l’Hydrogen 7 de BMW qui n’atteint pas les performances voulues.
La deuxième manière est celle qui va se développer de plus en plus dans les années à venir : celle de la pile à combustible (PAC). Cela fonctionne, comme toutes les piles, grâce à une réaction d’oxydo-réduction. Ici, c’est l’oxydation de l’hydrogène couplée à la réduction de l’oxygène qui permet l’apparition d’un courant électrique qui fait fonctionner un moteur. Donc lorsque l’on parle de voiture à hydrogène, c’est finalement une voiture à motorisation électrique dont l’électricité est produite grâce à du dihydrogène stockée dans un réservoir.
QUELS SONT LES AVANTAGES ET LES INCONVÉNIENTS DE L’HYDROGÈNE ?
- L’hydrogène paraît pouvoir jouer un rôle, notamment pour limiter l’utilisation de carburants classiques comme le diesel et le pétrole et ainsi lutter contre les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, le principal problème de l’hydrogène aujourd’hui, c’est qu’il est à 94%, en France, produit grâce au gaz naturel qui est un combustible fossile. Le vaporeformage est donc émetteur de CO2. La production d’hydrogène par hydrolyse peut cependant diminuer ce bilan carbone si l’électricité utilisée est verte, même si nous allons le voir plus tard dans un prochain article que la production d’électricité est de toute façon un minimum carbonée. Cela est une problématique surtout que l’hydrolyse est très énergivore. Les véhicules à hydrogène sont donc d’ores et déjà propres localement car ils ne rejettent que de la vapeur d’eau mais la production de l’hydrogène est plus ou moins carbonée.
- En changeant le mode de production de l’hydrogène, les piles à hydrogène sont donc un bon moyen de décarboner le secteur des transports, tout comme les batteries électriques. Ces dernières sont plus développées mais l’hydrogène a de certains avantages selon l’utilisation. En effet, les piles à hydrogène ont une densité énergétique de 130 MJ/kg alors que celle des batteries électriques est de 0,4 MJ/kg (et 45MJ/kg pour le diesel). Il faut donc comprendre que le poids des piles est beaucoup plus faible que celui des batteries, ce qui permet un plus gros chargement et une plus grande autonomie. Cela est donc profitable notamment pour les camions faisant de longs trajets comme nous vous l’expliquions dans l’article sur Nikola Motor (en anglais).
- De plus, l’hydrogène est également très pratique car la recharge se fait comme pour le diesel ou l’essence : le plein se fait en seulement 3 minutes alors qu’il faut au moins 30 minutes sur les bornes de recharge rapide pour les batteries.
- Aujourd’hui, le principal problème qui limite le développement des transports à l’hydrogène est le prix. En effet, aujourd’hui les véhicules fonctionnant avec des piles à combustible sont très chers, notamment en raison des prix élevés de ces piles qui contiennent du platine, ce métal étant un des plus chers qui existent. Cela augmente donc le prix et de plus cela contribue à l’extraction des métaux rares qui n’est pas une bonne chose pour l’environnement.
- Le prix élevé est également dû à la production de l’hydrogène, à son transport et à ses stations. Comme nous l’avons dit précédemment, la production est très énergivore et donc très coûteuse, et elle l’est trois fois plus pour de l’hydrogène vert que pour de l’hydrogène produit avec du gaz naturel. Cela est donc un premier point noir, ensuite vient la question de l’acheminement et du remplissage des véhicules. L’hydrogène doit toujours être stocké sous pression, et donc cela est encore une fois très énergivore, notamment pour le transport. En effet, le transport par camion pourrait coûter autant d’énergie qu’il y en a finalement dans l’hydrogène transportée. Une autre possibilité est le transport par pipeline mais cela pose également des problèmes de cryogénisation et d’isolation. D’après le Shift Project, la principale solution serait donc de produire l’hydrogène de façon décentralisée, voire directement aux stations. Cela demande donc un coût très important qui s’ajoute à celui des stations en elles-mêmes qui coûtent déjà 20 fois plus cher que les stations essence.
QUEL FUTUR POUR L’HYDROGÈNE ?
Aujourd’hui, l’hydrogène n’est pas très développé dans les transports de tous les jours, même s’il est assez utilisé dans l’industrie et dans le secteur spatial. En 2020, il est estimé qu’il y avait un peu plus de 11000 véhicules à hydrogène en circulation dans le monde dont la plupart appartient à des flottes privées. Beaucoup de constructeurs ont essayés de se lancer dans ce marché avec plus ou moins de succès. Quelques bus et trains sont également fonctionnels, et des inaugurations sont déjà planifiées. Il devrait donc y en avoir quelques dizaines en France dans les 3 prochaines années. Les stations sont un peu moins de 400, dont 35 en France. Qu’en sera-t-il dans le futur ?
Comme pour toute technologie, afin qu’elle soit la plus opérationnelle et la plus compétitive possible, il va falloir de réels investissements. Cela permettra tout d’abord d’augmenter considérablement le nombre de pompes à hydrogène, car sans les infrastructures, l’intérêt reste très limité. De plus, les experts pensent que le rendement des piles à combustibles peut encore être amélioré, et l’investissement mis dans les recherches peut être rentable. Il faudra également convaincre les acheteurs que l’hydrogène est une solution viable.
De plus en plus de pays ont compris que l’hydrogène peut être une très bonne solution dans les transports pour les décarboner, notamment dans les utilitaires, camions, trains et bateaux. En effet, tous les experts semblent être d’accord que l’hydrogène sera surtout développé dans ces secteurs en raison de ses avantages, en comparaison avec les batteries. Joseph Beretta, le président d’Avere-France (Association pour le développement de la mobilité électrique) explique cela : « Pour des autonomies conséquentes sur des camions, il faudrait installer des batteries lourdes qui amputeraient la capacité d’emport. Quant aux utilitaires, ils ont un taux de service important et doivent se recharger souvent et vite, ce qui est non concevable avec un véhicule à batteries ». Les investissements se multiplient donc.
Le premier pays qui veut être au centre de cette révolution est l’Allemagne. En effet, le ministre de l’économie a annoncé investir 9 milliards d’euros dan cette filière pour développer la production, le réseau de distribution ainsi que la recherche. Le pays veut devenir le numéro 1 de la filière, et ainsi verdir les transports. La Chine et le Japon investissent également massivement et prévoient respectivement des flottes d’un million et 200 000 véhicules d’ici 2030, tout en augmentant le nombre de stations à hydrogène.
La France investit également même si cela paraît beaucoup plus faible que l’Allemagne (100 millions d’euros par an). Le président de l’Afhypac (Association française pour l’hydrogène et les piles à combustible) appelle l’état à investir car pour lui cela est nécessaire. Cependant Fabio Ferrari, PDG de Symbio, entreprise appartenant à Michelin et Faurecia et voulant devenir un leader de l’hydrogène, estime que les investissements seront au rendez-vous pour l’entreprise française. Il compte notamment sur la technologie pour devancer les chinois. Le travail sur l’hydrogène semble aussi pouvoir se développer à l’échelle de l’Union Européenne dans les prochains mois.
L’HYDROGÈNE : UN ENJEU MAJEUR POUR LE FUTUR
Nous avons donc vu que les investissements fleurissent de partout, et que la concurrence sera rude pour ce nouveau « carburant ». L’hydrogène va décoller dans les prochaines années grâce à ces investissements et nous allons donc découvrir comment il va se développer. Nous rappelons que ses avantages l’amèneront surement à être principalement utilisé dans les utilitaires, les camions, les bus, les trains et les bateaux même si la recherche continue pour envisager également un avenir dans l’aéronautique (domaine où l’électrique aura du mal à jouer un rôle important). Les investissements viseront à réduire le coût de cette technologie et ses émissions carbone qui sont, pour l’instant, ses deux principaux défauts.
Sources :
https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/hydrogene-dans-les-transports#notes
https://www.h2-mobile.fr/actus/etude-le-developpement-mobilite-hydrogene-accelere-france/
La méthanation est la production de méthane à partir d’hydrogène et de CO2. Ce procédé a été découvert par Sabatier au dix-neuvième siècle. Il permet de produire du méthane durable au départ d’hydrogène d’origine renouvelable et de CO2 capturé dans les processus industriels ou les installation de biométhanisation. Ce méthane peut être injecté dans le réseau de gas naturel et être utilisé dans des véhicules consommant du GNC.