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La sécurité des véhicules à hydrogène

La sécurité des véhicules à hydrogène
S’il fallait se passer de la mobilité hydrogène en raison des risques d’explosion, il faudrait tout autant s’interdire d’utiliser les combustibles gazeux pour se chauffer ou cuisiner. A chaque produit ses spécificités, ses risques et les précautions à prendre pour les domestiquer.
 

La faute au Zeppelin Hindenburg ?

Plus de 80 ans après, la catastrophe du Hindenburg, ce Zeppelin dont l’enveloppe contenant de l’hydrogène s’est embrasée brusquement lors de son dernier atterrissage, sous l’orage, est toujours évoquée pour souligner les dangers de la mobilité hydrogène.

Pourtant, aujourd’hui, se déplacer avec un véhicule à pile H2 (voitures, camions, autocars, deux-roues depuis les vélos à assistance électrique, bateaux, engins de chantiers ou de manutention, etc.) n’est pas plus périlleux qu’avec un modèle thermique ou électrique à batterie lithium-ion. Alimentation, stockage, fonctionnement : la filière traque les risques de fuite ou de rupture d’un élément clé, comme le réservoir, par exemple.


 

Un atome très léger

La très grande légèreté de l’atome H2 rend les risques d’explosions très différents de ceux qui entourent d’autres gaz présents dans les véhicules aujourd’hui : GNV, GPL, vapeurs d’essence. Le moindre interstice permet à l’hydrogène de s’échapper, évitant ou limitant bien souvent sa dangereuse accumulation.
 
Là où le danger subsisterait bien plus longtemps en cas d’accumulation de GPL, quelques dizaines de minutes peuvent suffire à éliminer toute concentration explosive d’hydrogène. Dans un espace vraiment confiné, en revanche, le danger est réel. C’est ainsi qu’ont été expliquées les explosions dans la centrale de Fukushima, au Japon, en mars 2011.
 

Propriétés

L’utilisation de l’hydrogène pour la mobilité exige des constructeurs de véhicules et d’équipements une connaissance sans faille des propriétés physiques et chimiques de l’hydrogène.
 
Selon, l’Ifpen, ce gaz se diffuse respectivement environ 4 et 12 fois plus vite dans l’air que le méthane et les vapeurs d’essence. Sa température d’auto-inflammation dans l’air est de 585° C contre 537 et de 228 à 501° C pour les 2 autres produits. Ses plages d’inflammabilité et de détonation dans l’air (en pourcentage de volumes) sont très élargies : 4-75% et 13-65%, contre 5,3-17 et 6,3-13,7% pour le méthane, et 1-7,6 et 1,1-3,3 pour les vapeurs d’essence.
 
L’hydrogène contient 3,5 et 22 fois moins d’énergie explosive que le GNV, et les gaz de SP95. En revanche, l’étincelle provoquant une réaction d’inflammation peut-être 10 fois moins élevée, comparativement aux 2 autres produits mis en comparaison. A noter que les risques d’asphyxie avec l’hydrogène sont très faibles.
 

Empêcher, détecter et rediriger les fuites

Puisque les plages d’inflammation et de détonation sont particulièrement vastes avec l’hydrogène, les moyens maximums sont pris pour empêcher les fuites, y compris en cas d’accident du véhicule. C’est l’objectif numéro 1 des constructeurs en matière de sécurité des véhicules fonctionnant avec ce produit. Il leur faut cependant envisager une libération accidentelle ou volontaire (en cas d’incendie du véhicule) du gaz qui doit pouvoir s’échapper de l’engin sans créer de dégâts supplémentaires.
 

Le réservoir au cœur du système

L’hydrogène peut altérer certains matériaux. Ces derniers doivent en outre pouvoir résister aux pressions importantes (700 bars) qui permettent de stocker le gaz, mais aussi aux chocs en cas d’accident du véhicule. A part pour les engins de chantier et de manutention qui sont encore souvent équipés de réservoirs en aluminium ou acier, éventuellement renforcé avec une enveloppe en fibre de verre ou de carbone, les voitures, utilitaires légers, camions, autocars, bateaux fonctionnant à l’hydrogène reçoivent de plus en plus systématiquement des contenants plus sophistiqués. Ils sont réalisés avec un liner métallique ou polymère dont le rôle est d’empêcher le gaz de s’échapper, entouré d’une structure composite qui doit supporter tous les efforts mécaniques, en particulier en cas de choc important.


 

Tir à balles réelles sur les réservoirs

Le cycle de tests à effectuer pour l’homologation des réservoirs à hydrogène comprend des tirs à balles réelles que ces contenants doivent supporter. Ils doivent aussi pouvoir résister aux habituels produits provoquant la corrosion, aux vibrations à l’utilisation des véhicules et aux diverses projections résultant du roulage, comme les cailloux qui se bloquent dans les dessins des pneus et sont ensuite projetés avec force sur les réservoirs quand ils sont placés sous la voiture.
 
Les contraintes imposées habituellement en matière d’électricité et d’appareils électroniques embarqués dans les véhicules électriques sont nécessaires et suffisantes également pour éliminer un risque d’explosion provoquée par une étincelle interne à bord des modèles à pile hydrogène.
 

Incendie du véhicule

Comme pour les véhicules fonctionnant au GPL ou au GNV, ceux alimentés en hydrogène doivent permettre au gaz de s’échapper du contenant avec un maximum de sécurité, en cas d’incendie à bord.
 
Le fluide libéré au niveau du réservoir (soupape de décompression) est dirigé vers l’extérieur par un couloir protégé, au moyen d’une ventilation forcée ou naturelle. A l’utilisation du véhicule, des purges automatiques et régulières du système hydrogène se produisent. L’évacuation de ces rejets peu importants doit également être étudié avec soin.
 

Contrôle et remplacement

Les constructeurs ont pour instruction d’indiquer les règles concernant les contrôles en cours de vie et/ou la durée d’utilisation avant remplacement des réservoirs. De tels scénarios concernent plus globalement toute la chaîne hydrogène embarquée dans le véhicule et la ligne de remplissage du réservoir, ce qui comprend, entre autres, les flexibles et raccords, les divers capteurs (pression, température), les sondes et les multiples vannes.
 
En outre la circulation du gaz doit s’interrompre dès que la pile à combustible est à l’arrêt, ainsi qu’en cas de fuite involontaire du produit. Toute intervention sur le système d’alimentation en hydrogène ne peut être effectuée que par du personnel qualifié et habilité à le faire.
 

Service de secours

Dès qu’une nouvelle énergie est employée dans les véhicules, le personnel d’intervention est formé et reçoit des instructions particulières pour secourir les personnes et neutraliser les groupes motopropulseurs.
 
Concernant la mobilité hydrogène, un système d’identification est imposé. Pour les véhicules lourds, le marquage spécifique doit être effectué à l’avant et à l’arrière des engins, ainsi qu’à proximité immédiate de la trappe d’avitaillement. Sur les autocars et autobus, la même signalétique est reproduite à côté de chaque porte d’accès à bord. Pour les voitures particulières et les utilitaires légers, le marquage est plus discret : sous le capot moteur, et au niveau de la trappe de remplissage, visible a minima en ouvrant cette dernière.

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