Hydrogène : le carburant du futur ?

Si les voitures hybrides et électriques sont en train de se faire une bonne place sur le marché de l’automobile, les recherches sur les carburants de demain se poursuivent. Le développement des véhicules hydrogènes est à l’étude. Sera-t-il le carburant du futur ?

L’hydrogène dans le passé

Un peu d’histoire

Le 6 mai 1937, le LZ 129 Hindenburg, plus grand dirigeable jamais réalisé construit par la firme allemande Zeppelin, s’est écrasé aux Etats-Unis. Avec 36 morts, il s’agit là de la première catastrophe aérienne transatlantique. Ce drame a également enterré avec lui l’avenir de l’hydrogène comme carburant. Cependant, en réalité le Zeppelin ne volait pas à l’hydrogène mais au gazole… L’hydrogène assurait uniquement la lévitation du dirigeable.

Cette confusion a porté préjudice à l’image de cette énergie qui n’a dès lors plus été envisagée dans le développement des transports dans le monde. Et pourtant, il s’agit de la première source d’énergie sur la planète. L’hydrogène reste toutefois difficile à extraire et à conditionner, ce qui explique pourquoi les constructeurs ont été frileux et ont mis le temps avant de se pencher à nouveau sur son exploitation.

BMW et l’hydrogène

BMW est le premier constructeur automobile à avoir étudié à nouveau la question de l’hydrogène comme carburant pour remplacer l’essence. En 2005, BMW présente son premier prototype : la limousine Hydrogen 7. Les performances du véhicule sont aussi louables qu’en version essence. Le réservoir de 170 litres est situé dans le coffre et l’hydrogène est maintenu à une pression de 700 bars et à -253°. Mais il y a tout de même un bémol : l’autonomie du réservoir et le manque de stations de recharge. Si avec un plein de carburant classique, l’autonomie atteignait 500 km, en hydrogène on arrivait à peine à la moitié. Par ailleurs, on ne trouvait qu’une dizaine de stations dans le monde. BMW a alors abandonné cette perspective préférant miser sur l’électrique.

La pile à combustible

Mais l’idée n’a pas été mise de côté par les chercheurs pour autant. Ils ont ainsi développé la pile à combustible dont l’électricité est produite par l’hydrogène pour alimenter le moteur. Le résidu de la combustion du gaz, lui, devient de l’eau. Voilà une alternative intéressante ! Jusqu’au début des années 2010, la technique est restée onéreuse pour une production de masse, ce qui a bloqué son développement. Mais le travail pour rendre la voiture à hydrogène commercialisable s’est poursuivi grâce notamment aux deux géants asiatiques, Hyundai et Toyota. En 2014, la Hyundai ix35 FuelCell a été mise sur le marché, avant d’être rejointe en 2015 par la Toyota Mirai.

L’hydrogène aujourd’hui

Voiture à hydrogène : comment ça marche ?

Un véhicule à hydrogène utilise la transformation chimique de l’hydrogène comme énergie de propulsion. Il n’émet pas de gaz à effet de serre et rejette de l’eau.

Il existe trois types de motorisation dans les véhicules à hydrogène :

• La pile à combustible : produit dans un premier temps de l’énergie électrique, pour alimenter un moteur électrique, voire plusieurs
• Le moteur à hydrogène : fonctionne sur le même principe qu’un moteur à explosion classique
• Le système hybride : combine un moteur électrique, dont l’énergie provient, elle, d’une pile à combustible, et un moteur classique aux hydrocarbures

Quelques inconvénients subsistent en France

Comme tous les carburants, l’hydrogène comporte des avantages, mais aussi des inconvénients :

• À quantité d’énergie égale, un véhicule électrique à batterie parcourt 70 % de distance en plus qu’un véhicule à hydrogène. Cela dit, un véhicule à pile à combustible se charge plus rapidement (5 minutes) qu’une voiture électrique.
• Les stations sont très rares dans l’Hexagone et dans le monde en général. L’Allemagne, par exemple, en compte près de 100 alors que la France ne dispose que d’une dizaine d’installations.
• Le prix du kilo d’hydrogène à 15 € en France, contre 9,50 € en Allemagne est une autre barrière majeure. Il faut compter une quinzaine d’euros pour parcourir 100 kilomètres contre seulement deux euros avec une électrique alimentée par batterie.
• Le coût d’une station à hydrogène est estimé entre 500 000€ et 1 million d’euros, contre 50 000€ pour une borne de recharge pour véhicules électriques.
• Le coût de fabrication d’une voiture à hydrogène est environ 3 fois plus élevé que celui d’une voiture thermique. La fabrication de la pile à combustible et du réservoir interviendrait pour 70 % dans ce coût.
• Aujourd’hui, il faut débourser 78 900 € pour une Toyota Mirai et 72 000 € pour une Hyundai Nexo. La démocratisation du marché n’est donc pas encore en marche…
• En France, la production d’hydrogène n’est pas très écolo car 95% est fabriqué à partir d’hydrocarbures. Par ailleurs, son stockage n’est pas optimal.

L’hydrogène demain

L’avenir de la voiture à pile à combustible

Hyundai et Toyota sont clairement les moteurs du développement mondial de la voiture à hydrogène. Ces deux firmes, l’une coréenne et l’autre japonaise, ont bénéficié d’une conjoncture très favorable pour cette technologie, avec l’effondrement du cours du platine (- 35 % entre début 2011 et septembre 2019). Cette évolution à la baisse est d’ailleurs en grande partie due à la diminution de la demande par l’industrie automobile, dont les besoins en platine ont diminué pour la fabrication des pots catalytiques. Dans les années à venir, cela pourrait évoluer et les constructeurs pourraient même totalement abandonner le platine. Des chercheurs français du CEA et du CNRS ont eux déjà expérimenté une technologie utilisant du fer et du nickel associés à des nanotubes de carbone comme composants de substitution.

Les constructeurs investissent

Hyundai a déjà programmé un investissement de 5,45 milliards d’euros pour construire 700 000 voitures d’ici 2030. Le constructeur a réussi à réduire ses besoins en platine à 56 grammes pour le moteur de 120 kW installé dans le SUV Nexo. De son côté, Toyota travaille à l’élaboration d’une pile à combustible qui ne requerra que 10 grammes de platine pour 100 kW de puissance. Persuadé que l’avenir de la voiture électrique passe par l’hydrogène, le n° 1 mondial a partagé gratuitement, en 2015, ses 5 600 brevets relatifs à la pile à combustible. Le but : que les concurrents adoptent également la pile à combustible et la fassent progresser.

De leurs côtés, Renault et BMW ont annoncé la sortie future d’automobiles à pile à combustible. La dynamique semble propulsée ! Selon une étude publiée au second semestre 2018 par la banque Morgan Stanley, le coût de production de l’hydrogène devrait baisser de 70 % d’ici 2030, ce qui facilitera l’émergence de cette technologie dans l’avenir. Affaire à suivre…