Moteur à hydrogène : tout ce qu'il faut savoir !

Le moteur hydrogène, qui désigne en fait le moteur à combustion interne à hydrogène (HICEV), n’est ni plus ni moins (presque) qu’un moteur traditionnel qui est alimenté par de l’hydrogène au lieu d’essence ou de gasoil. Permettant la transformation de groupes motopropulseurs existants à moindre coût, il est actuellement en plein développement et les premières applications commerciales voient le jour.
 
Au regard des engagements de réduction des émissions de CO2 qui s’imposent progressivement d'ici à 2050, l’hydrogène est apparu comme une source d’énergie particulièrement intéressante et notamment l’hydrogène vert, gris ou blanc. Facilement produit à partir de l’eau, il brûle sans aucune émission de gaz.
 
Si son usage s’est développé dans de nombreux domaines, c’est surtout dans le secteur des transports que celui-ci connait actuellement une ascension fulgurante. Particularité, il a donné lieu à trois grandes technologies qui sont déclinées en parallèles : la pile à combustible, le moteur à combustion interne et les moteurs hybrides rechargeables à hydrogène.
 
Les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) comme la Toyota Mirai sont les premiers à avoir connu un développement commercial d’envergure. Ils utilisent une pile à combustible à hydrogène pour produire de l’électricité qui alimente un moteur électrique. L’hydrogène stocké dans des réservoirs à haute pression se combine à l’oxygène de l’air pour créer une réaction chimique qui génère de l’électricité et de l’eau comme sous-produit. Les FCEV n’émettent aucune émission d’échappement et leur efficacité énergétique est supérieure à celle des véhicules à moteur à combustion interne conventionnels.
 
De manière plus marginale, une seconde technique s’est développée : les véhicules hybrides rechargeables à hydrogène (PHHV). Ils combinent les technologies des FCEV et des véhicules électriques rechargeables. Les PHHV disposent à la fois d’un système de pile à combustible à hydrogène et d’une batterie qui peut être rechargée à partir d’une source d’alimentation externe. Ce double système permet au véhicule de fonctionner soit à l'hydrogène, soit à l'électricité, offrant ainsi une flexibilité et réduisant la dépendance à l'égard des infrastructures de ravitaillement en hydrogène. Parmi les véhicules équipés de cette technologie figurent les utilitaires à hydrogène de Stellantis ou encore le Renault Master hydrogène développé par Hyvia. Sur le segment de la voiture particulière, la Mercedes GLC F-Cell utilisait aussi un système comparable.
 

Quel est le développement du moteur à hydrogène ?

Depuis peu, les véhicules à moteur à combustion interne à hydrogène (HICEV), connaissent un développement extrêmement important. Ils utilisent l’hydrogène comme source de carburant, dans un moteur à combustion interne modifié. Au lieu de l’essence ou du gasoil, de l’hydrogène est injecté dans le moteur, où il brûle avec l’oxygène pour produire de l’énergie. Les principales émissions des HICEV sont de la vapeur d’eau et un minimum d’oxydes d’azote, ce qui en fait une alternative plus propre aux véhicules à essence.
 
Les moteurs hydrogène conservant la majorité les organes d’origine du moteur, ils facilitent la conversion des flottes existantes (retrofit), bénéficiant ainsi d’une attention particulière de la part de nombreux industriels.



‍L’emploi des moteurs à combustion d’hydrogène est en train de se généraliser à de nombreux secteurs et notamment pour les transports lourds et longue distance. En effet, si aujourd’hui l’usage de l’hydrogène pour la propulsion des véhicules particuliers fait débat (notamment par la densité des infrastructures de distribution que cela nécessite), il est désormais acquis que le moteur hydrogène est un des outils clés de la décarbonation.
 

Des usages multiples pour la mobilité

Poids-lourds, bus, trains, navires et même avions sont aujourd’hui au cœur de nombreuses expérimentations d’emploi d’un moteur hydrogène, certaines étant proches d’une commercialisation à grande échelle. Les constructeurs engagés dans cette voie sont nombreux.
 
A l’origine de cette croissance importante, les avantages indéniables de cette solution. Le premier étant naturellement, qu’à la différence de la pile à combustible qui nécessite une transformation intégrale du véhicule concerné, le moteur à combustion d’hydrogène réutilise une partie des organes moteurs de leurs homologues à carburants fossiles. En gros, on injecte de l’hydrogène au lieu de gasoil ou d’essence. Au final une transformation (retrofit) plus rapide et moins onéreuse qui permet notamment de prolonger la durée de vie de véhicules lourds dotés d’aménagement importants.
 
De plus, les émissions à l’échappement sont quasiment nulles et l’efficacité du système de propulsion modifié est améliorée de part la densité énergétique élevée de l’hydrogène. Résultat,  une autonomie étendue et des temps de ravitaillement plus courts qu’avec des carburants traditionnels.
 
Enfin et ce n’est pas l’un des moindres avantages, c’est un carburant renouvelable : l’hydrogène peut être produit à l’aide de sources d’énergie renouvelables, telles que l’énergie solaire ou éolienne, ce qui en fait une option de carburant durable.


 

Les avantages du moteur à hydrogène sont nombreux

‍Si les avantages des moteurs à combustion d’hydrogène sont nombreux, ils ne sont pour autant pas exempts d’inconvénients. Le stockage de l'hydrogène de manière compacte et sûre reste un défi en raison de sa faible densité et de sa haute inflammabilité. La production d’hydrogène et de composants de véhicules à hydrogène reste coûteuse, du moins tant que le développement commercial n’a pas atteint une certaine masse critique. Dernier point, le manque d’infrastructures de ravitaillement cantonne, pour l’instant, l’usage des moteurs à combustion d’hydrogène à des activités capables de s’appuyer sur un réseau peu dense ; notamment les secteurs maritime, ferroviaire, du transport lourd et de l’aviation.
 

 
‍Prometteur et en développement, le moteur à hydrogène est en passe de prendre une place essentielle dans le remplacement des carburants fossiles. Avec la pile à hydrogène, on a là deux voies de décarbonation d’une partie des activités humaines au potentiel particulièrement intéressant et à l’efficacité reconnue. Reste à relever un défi de taille : produire suffisamment d’hydrogène (vert) pour répondre à la demande qui ne cesse de progresser.