Quelle place pour l'hydrogène dans la mobilité ?

Dans le cadre de la 5e édition des rendez-vous de l’innovation énergétique, l’Ifpen est revenu sur les différents usages de l'hydrogène dans le secteur de la mobilité. 

« Souvent les émissions sont considérées, pour le transport, uniquement au regard des émissions locales. Principalement on parle de CO2 alors que c’est un phénomène plus global », a introduit Gaëtan Monnier, directeur du centre de résultats Transports pour l’Ifpen. Il a rappelé que la mobilité zéro émission est vue principalement au travers de l’électrification. Sauf qu’aujourd’hui, « on a un vrai problème de stockage de l’énergie électrique qui a ses limites, en raison du volume, du poids, de temps de recharge, et même de coûts dans certaines applications », a-t-il mis au jour. Ce contexte pousse à trouver une alternative à la mobilité électrique à batterie. 

« L’hydrogène est une solution en sous-vecteur énergétique de l’électricité », a-t-il défini, tout en pointant que les différentes conversions vont peser sur le rendement énergétique global : « On va faire 2 ou 3 fois plus de kilomètres en utilisant directement l’énergie électrique qu’avec un véhicule à pile à combustible à hydrogène ».

Gaëtan Monnier a souhaité fournir quelques équivalences : « Un kilo d’hydrogène, c’est l’équivalent en énergie à peu près de 3,5 litres de carburant en moyenne, ou de 6 litres d’éthanol, ou encore de 33 kWh d’électricité. Soit, en gros, la capacité de la nouvelle Dacia Spring ». 

Il a également comparé : « L’hydrogène liquide, c’est 4 fois plus en volume qu’un hydrocarbure ». Faire voler un avion avec de l’hydrogène liquide nécessite donc de trouver des solutions particulières concernant les réservoirs. Une fois tout cela posé, on peut se demander : L’hydrogène pour quels usages dans la mobilité ? « Ceux pour lesquels l’électricité ne peut pas répondre : besoin de forte autonomie ou de rapidité de recharge, les besoins en compacité, de masses contenues pour ce qui vole », a défendu le directeur à l’Ifpen.

Quelles applications pour l'hydrogène dans la mobilité ?

Si la batterie va s’imposer pour les voitures, s’ouvrent à l’hydrogène des applications très diverses pour  la mobilité. « Le ferroviaire non électrifié, le fret routier, le maritime, voire les engins de chantier et tout ce qui est off-road […] pour lesquels l’hydrogène devient un système intéressant », a listé Gaëtan Monnier. Ce dernier a tenu à démonter la fausse idée selon laquelle un véhicule à hydrogène serait nécessairement à propulsion électrique. Il y a donc 2 familles d’architectures qui ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients.

De l'hydrogène pour alimenter une pile à combustible...

Dans un groupe motopropulseur électrique à pile hydrogène, il n’y a pas d’émissions locales de CO2 ni de polluants, mais un silence d’évolution et l’agrément de conduite des VE. 

Le rendement peut être élevé, « de l’ordre de 65 %, mais à 15-20 % de la puissance maximale. Au-dessus, le rendement descend », a prévenu Gaëtan Monnier. En outre : il faut prévoir un système de refroidissement particulier ; la technologie utilise des matériaux critiques comme le platine ; il existe des problèmes de fiabilité, en particulier du fait de la sensibilité de la PAC aux impuretés contenues dans l’air et l’hydrogène.

... ou un moteur thermique

A l’inverse, un moteur thermique hydrogène bénéficie d’une fiabilité élevée, d’un coût plus abordable, d’une capacité déjà existante de production, de filières compétentes pour l’entretien et le recyclage. 




En outre ces blocs n’emploient pas de matériaux critiques sauf en petite quantité dans les système de post traitement, et sont relativement peu sensibles à la pureté de l’hydrogène et de l’air qui les alimentent. Ce dernier point rend cette technologie compatible avec les engins de chantier qui évoluent dans une atmosphère chargée en particules. Avec l’oxygène de l’air, leur fonctionnement peut cependant dégager des oxydes d’azote à haute température, nécessitant de trouver des moyens pour limiter cette dernière et de traiter les gaz d’échappement qui véhiculent les classiques polluants issus d’une combustion. 

« Aujourd’hui, on peut atteindre des rendements maxi qui sont compétitifs dans les utilisations à fortes charges. On atteint des 45 à 50 % de rendement qui sont à peu près les mêmes rendements que les piles à combustibles à fortes charges », a comparé Gaëtan Monnier.

Transformation de l’hydrogène

Selon les applications, « l’hydrogène peut être transformé en d’autres vecteurs énergétiques, avec des molécules plus sophistiquées », a ajouté le directeur du centre de résultats Transports pour l’Ifpen. « On parle, notamment dans le domaine du maritime, de l’ammoniac utilisé comme carburant pour les moteurs des navires […] ou refaire des carburants de synthèse en captant le CO2, les e-carburants à partir d’hydrogène vert, ou e-biocarburants à partir de la biomasse, exploitables dans l’aéronautique », a conclu Gaëtan Monnier. 

Il a toutefois précisé, à partir des questions posées dans l’auditoire virtuel (660 inscrits), que ces carburants de synthèse obtenus avec l’hydrogène ne nécessitent pas de transformation des moteurs d’avions, car ils sont doté de caractéristiques semblables à celles du kérosène.