La pile à combustible à l'hydrogène

Une pile à combustible (PAC) a pour fonction de transformer l'hydrogène en électricité : utilisé dans une pile à combustible, l’hydrogène se combine avec l’oxygène de l’air afin de produire de l’électricité en ne rejetant que de la vapeur d’eau. Ainsi, l’énergie chimique est transformée en énergie électrique grâce à une réaction d’oxydation de l’hydrogène et de réduction de l’oxygène. Le fonctionnement de l’ensemble comprenant une pile à combustible à l'hydrogène et un moteur électrique est donc le suivant : l’hydrogène, stocké dans le véhicule, alimente la pile qui produit de l’électricité et de l’eau et, à son tour, l’électricité alimente un ou des moteurs électriques entraînant les roues d’une voiture. Un exemple : pour le véhicule Nissan X-Trail FCV, l'autonomie est de 500 km grâce au réservoir à hydrogène sous haute pression (70MPa) qui alimente la pile à combustible (90 kW, se trouvant sous le plancher) ou de 370 km avec un réservoir sous 35MPa.

L'hydrogène hybride

Une voiture en cours de développement l'illustre très bien, je veux parler bien sûr de la Mazda5 Hydrogen RE Hybrid (baptisée aussi Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid). Cette voiture (5 places) est dotée d'un moteur thermique (essence/hydrogène, 110 kW, 150 ch), d'une motorisation électrique, de batteries lithium-ion et d'un réservoir à hydrogène sous haute pression (35 MPa). Son moteur rotatif fonctionne grâce à de l'essence ou grâce à de l'hydrogène : on passe de l'un à l'autre en appuyant sur un bouton au tableau de bord. Le système hybride, joint au moteur rotatif, transforme l’énergie dégagée par la combustion de l’hydrogène en électricité qui alimente le moteur électrique. Cette auto affiche alors une autonomie de 200 km. La Mazda5 Hydrogen RE Hybrid a ainsi connu des améliorations par rapport à la Mazda RX-8 Hydrogen RE datant de 2004, disposant d'un moteur rotatif bi-carburant.

L'hydrogène liquide

Le constructeur BMW notamment utilise l'hydrogène liquide pour sa BMW Serie 7 Hydrogen. Voici les explications. Cette auto est équipée d'un moteur thermique bivalent (un V12 6 litres de 260 ch et de 390 Nm de couple à 4 300 tr/mn) pouvant tourner indifféremment à l’essence ou à l’hydrogène liquide et basculer d’un carburant à l’autre par le simple biais d'un bouton sur le volant : elle rejette de la vapeur d'eau. Elle fonctionne ainsi avec une forme d’hydrogène liquide similaire à celui dont se servent les navettes de la NASA. Elle dispose d'un réservoir de 8 kg d'hydrogène liquide stocké à une température de -253° C et à une pression de 305 bar (elle n'embarque donc pas d'hydrogène gazeux) ainsi que d'un réservoir de 74 litres d’essence. Résultat : son autonomie est de 200 km en mode hydrogène et de 500 km en mode essence.

Les avantages de la technologie de l'hydrogène

 en mode hydrogène, les véhicules n'émettent pas d'émissions polluantes ;

 les véhicules sont silencieux ;

 ils bénéficient d'équipements similaires à ceux des véhicules traditionnels (ABS/ESP, climatisation, airbags...) ;

 une conduite facile ;

 des accélérations franches ;

 une autonomie importante ;

 un rendement énergétique satisfaisant ;

 une économie de carburant traditionnel ;

 un plein du réservoir effectué rapidement

Ses inconvénients

 des technologies et une fabrication coûteuses (métaux nobles) ;

 des prototypes très chers ;

 l'ensemble du système doit être simplifié ;

 il est important de certifier la sécurité de ces véhicules en cas d’accidents ;

 la durée de vie des technologies et des véhicules doit être prolongée ;

 il faut améliorer le stockage de l'hydrogène ;

 l'entretien du véhicule ;

 un problème concernant l’approvisionnement : il est nécessaire de développer les infrastructures de production, de transport et de distribution d'hydrogène, notamment avec l'implantation de nombreuses stations-service permettant de ravitailler ces véhicules en hydrogène ;

 l’hydrogène est un vecteur énergétique (c'est aussi le cas de l’électricité) : il n'est pas lui-même une source d’énergie primaire comme le gaz naturel ou le pétrole ;

 actuellement, l'hydrogène est produit à partir du gaz naturel et notamment du méthane : les procédés employés engendrent des émissions de CO2. A l'avenir, il devra être produit à partir de multiples sources de production non polluantes et des ressources renouvelables (voir dossier).