Moteur à hydrogène VS pile à combustible : quelles différences ?

En matière de décarbonation des transports, l’hydrogène est appelé à jouer un rôle clé. Derrière ce gaz, qui peut être produit de multiples façons, deux technologies se déclinent : la pile à combustible (dite pile à hydrogène) ou le moteur à combustion d’hydrogène. Chacune a ses avantages et ses inconvénients. Explications…
 
Moteur ou pile hydrogène ? Dans le milieu de la mobilité, deux technologies émergent simultanément. Si la pile a pris une petite longueur d’avance puisque des modèles sont d’ores et déjà commercialisés, le moteur hydrogène connait une forte accélération depuis ces dernières années. Avions, bus, poids lourds, bateaux, utilitaires, voitures voire même vélos et scooters… Ces deux technologies touchent désormais tous les segments de la mobilité avec des projets plus ou moins avancés.
 

L’absence de CO2 en commun

Qu’ils soient HICEV (pour Hydrogen internal combustion engine vehicle) ou FCEV (pour Fuell Cell Electric Hydrogen), ces véhicules ne rejettent pas de CO2 en fonctionnement et, pour peu qu’ils soient alimentés en hydrogène vert, ne génèrent aucunes émissions dans une approche « well to wheel » (littéralement du puits à la roue).
 
Néanmoins, cette caractéristique commune dissimule deux modes de fonctionnement totalement différents. Dans le premier cas, il s’agit d’un « bon vieux moteur à combustion » modifié pour accepter de l’hydrogène en carburation, alors que dans le second, la pile à hydrogène va générer de l’électricité qui alimente un moteur électrique.
 

Les véhicules à pile à combustible à hydrogène

Fonctionnement, avantages et inconvénients

Les véhicules qui sont propulsés par des piles à combustible sont finalement assez semblables à leurs homologues 100 % électriques à batteries, sauf, qu’au lieu de devoir recharger régulièrement leurs batteries, les véhicules à pile à hydrogène génèrent en permanence l’électricité qu’ils utilisent.
 
La pile à combustible tirant son énergie de la réaction électrochimique de l’hydrogène et de l’oxygène, elle ne produit donc aucune émission d’échappement : ni CO2, ni Nox, ni particules… on peut véritablement parler, là, de véhicule sans émission.




 
Autre avantage, s’appuyant sur un moteur électrique, la propulsion génère moins de frictions que tous les autres types de moteurs, dont la performance est forcément réduite par les frottements mécaniques des différentes pièces entre-elles. C’est notamment le cas des moteurs HICEV.
 
Côté inconvénients propres à la pile à combustible on notera la difficulté de transformation de flottes existantes et le prix des premiers modèles disponibles. En effet, même si des premières opérations de modification de véhicules actuels ont eu lieu (retrofit), celle-ci restent technologiquement complexes et onéreuses. Pour les modèles directement conçus avec une pile à hydrogène, l’écart de coût avec leurs homologues à combustibles fossiles reste souvent rédhibitoire. Même pour de simples voitures particulières, dont les ventes ont du mal à décoller.
 
S’ajoute à cela, et s’est probablement le plus gros problème actuel, une faible densité du réseau des stations services hydrogène (1 100 au niveau mondial en 2022) qui complexifie les opérations d’avitaillement.


 

Les véhicules à moteur à combustion hydrogène

Fonctionnement, avantages et inconvénients

Un moteur à hydrogène est proche d’un classique véhicule essence ou diesel. Basé sur la combustion, le système repose sur une architecture plus simple que celle de la pile et brule l’hydrogène pour créer de l’énergie.


 
Avantage notoire par rapport aux véhicules FCEV, c’est que reprenant pour partie l’architecture existante de nos « vieux » moteurs, il est plus facile convertir les flottes existantes. Les moteurs à combustion à hydrogène sont également moins « sensibles » à la qualité de l’hydrogène utilisé là où les piles requièrent un hydrogène pur à 99 % pour éviter toute usure prématurée. En matière d’usage, les industriels semblent dire que le HICEV est plus adapté aux fortes sollicitations que la pile. C’est peut être la raison pour laquelle son usage tend à s’intensifier dans le milieu de la compétition.
 
Du côté des inconvénients, on peut considérer que les moteurs à combustion hydrogène sont moins « verts » que les systèmes à pile à combustible. En effet, même s’il n’y a pas de résidus carbonés issus de la combustion (donc pas d’émission de CO2), ces moteurs émettent des Nox (oxyde d’azote) et donc ne peuvent véritablement être considérés comme « zéro émission ».
 
Les moteurs utilisant le même « carburant » que les piles, on retrouve également la difficulté liée aux manques d’infrastructures de ravitaillement.


 

Des technologies complémentaires

Dans la décarbonation des activités humaines, l’hydrogène joue (et jouera) un rôle clé. Les deux technologies que sont la pile à combustible et le moteur à combustion d’hydrogène ne sont pas en concurrence. Ce sont plutôt deux voies différentes qui permettent de tirer parti de l’énorme avantage que représente l’hydrogène. En effet, dans les deux cas, les émissions carbones sont réduites à néant.
 
L’option, pour l’une ou l’autre des technologies, dépend de nombreux facteurs (coûts, usages, taille et nature des flottes, possibilité de retrofit ou non...) et les industriels du secteur des transports ne se sont pas trompés en conduisant simultanément les développements dans les deux directions. Airbus, Volvo ou Daimler, Toyota, Deutz, Cummins… la liste est longue de ceux qui exploitent ou expérimentent à la fois des véhicules FCEV ou HICEV.