Environnement

L’hydrogène, une énergie alternative viable à partir de 2020

31/07/2015 11:48:20
ECI - Mise à jour : le 31/07/2015 11:48:20 - Par
Environnement

Dans cette quatrième et dernière partie de notre dossier consacré aux énergies alternatives au gazole dans le transport routier, nous vous présentons les atouts et les limites de la pile à combustible, suivis d’une revue des projets de camions et bus fonctionnant à l’hydrogène.

L’hydrogène, une énergie alternative viable à partir de 2020

Historique et définition

Les 3 solutions développées par les constructeurs automobiles

Les projets de bus à hydrogène

Le camion Renault Maxity H2 testé en France

Une alternative viable à partir de 2020

 

Historique et définition

Une pile à combustible utilise un combustible, comme l’hydrogène (H2), et un oxydant, comme l’oxygène (O2), pour générer de l’électricité et de la chaleur, en ne rejetant que de la vapeur d’eau (H2O) : il s’agit donc d’une énergie propre. Son principe est l’inverse d’une électrolyse.

Une pile à combustible pour automobiledéveloppée par le CEA en 2006.
Une pile à combustible pour automobile
développée par le CEA en 2006.

Découverte en 1839, la pile à combustible n’a été l’objet d’un premier prototype industriel qu’en 1953. Elle a ensuite été exploitée par la NASA dans les années 1960 pour ses missions spatiales Apollo. Depuis, de nombreuses applications ont été développées, dans des domaines aussi variés que la téléphonie mobile, la construction ou le transport. Différents combustibles peuvent être utilisés : l’hydrogène, le méthanol, le gaz naturel, l’ammoniaque...

Les industriels cherchent aujourd’hui à améliorer le rendement énergétique, la résistance et la compacité de ces piles, et surtout à réduire leur coût de production, aujourd’hui très élevé. La fabrication de ces piles nécessite en effet une quantité importante de platine, un métal rare, ou alors des membranes échangeuses d’ions, elles aussi très coûteuses.

 

Les 3 solutions développées par les constructeurs automobiles

Depuis une dizaine d’années, les constructeurs automobiles présentent divers prototypes intégrant cette technologie, comme Michelin (F-City H2), Renault (Scénic ZEV H2), Toyota (Mirai), Hyundai (ix35 Fuel Cell), Honda (FCX Clarity) ou encore Mercedes (NECAR, F-Cell et classe B F-Cell Hydrogène annoncée pour 2017). Trois solutions différentes ont été développées :

  • Les modèles tout hydrogène ou « full power » : la pile à hydrogène alimente directement le moteur électrique de propulsion.
  • Les modèles hybrides ou « mid range » : la pile à hydrogène fournit de l’électricité qui est utilisée par le moteur, ou pour recharger une batterie de capacité limitée.
  • Les modèles à prolongateur d’autonomie ou « range extender » : la pile à hydrogène recharge la batterie d’un véhicule électrique, et assure éventuellement le chauffage de l’habitacle.

 

Les projets d'autobus à hydrogène

Un bus MAN expérimental à hydrogène.
Un bus MAN expérimental à hydrogène.

En Europe, les constructeurs de poids lourds, en particulier allemands, ont commencé à s’intéresser à cette nouvelle énergie au milieu des années 1990. De 1996 à 1998, MAN a été le premier constructeur PL à mettre en service en Allemagne un autobus Neoplan hybride à moteur thermique de 12 L et 6 cylindres, alimenté en hydrogène liquide ou à l’essence. En 2006, plusieurs exemplaires de ce prototype, avec des réservoirs d’hydrogène stocké à 350 bars sur le toit, ont également été mis en service à Berlin, puis à Francfort.

 

 

Le bus hybride hydrogène-électricité Mercedes Citaro

Le bus Mercedes Citaro Fuel Cell Hybrid.
Le bus Mercedes Citaro Fuel Cell Hybrid.

Le constructeur Daimler expérimente lui aussi depuis une dizaine d’années, en Europe mais aussi en Australie et en Chine, une flotte de prototypes de bus hybrides à pile à combustible, développés à partir du Mercedes Citaro (projets CUTE, ECTOS, STEP, HyFLEET : CUTE et CHIC, actuellement en cours jusqu’en 2016).

Les derniers modèles de ces bus hybrides Citaro sont équipés de piles à combustible de la société canadienne Ballard de 120 kWe, couplées à une batterie Li-ion pouvant fournir 180 kWe. Leur consommation est de 10 à 14 kg d’hydrogène au 100 km, contre 20 à 25 kg au 100 km pour les autobus MAN à moteurs thermiques alimentés directement en hydrogène. Avec jusqu’à 33 Citaro Fuel Cell Hybrid Bus en circulation, qui ont parcouru des millions de km et transporté des millions de passagers, Daimler est aujourd’hui le constructeur PL ayant la plus grande expertise sur cette nouvelle technologie.

 

Un bus à hydrogène Van Hool.
Un bus à hydrogène Van Hool.

Un consortium européen dirigé par Van Hool

De son côté, Scania a participé au programme européen Joule III en 2001, pour tester en Espagne un bus hybride équipé d’une pile à combustible De Nora de 60 kWe alimentée par un stockage d’hydrogène à 200 bars et couplée avec des batteries. Iveco, via sa filiale Irisbus, a également livré en novembre 2004 trois bus CityClass Fuel Cell en Italie, en Espagne et en Allemagne.

Enfin, le constructeur belge Van Hool, grâce à son expérience acquise depuis une dizaine d’années avec une flotte de 49 bus à hydrogène en circulation en Europe et aux Etats-Unis, va diriger de 2015 à 2019 le projet 3Emotion. Ce consortium européen, qui réunit 14 partenaires, prévoit de livrer 21 bus à hydrogène équipés de piles Ballard au Royaume-Uni, aux Pays-Bas, en Italie, en France et en Belgique, ainsi que 2 nouvelles stations de recharge.

 

Le camion Renault Maxity H2 testé en France

Ce prototype est testé par La Poste.
Ce prototype est testé par La Poste.

Au niveau des camions fonctionnant à l’hydrogène, il n’y a aujourd’hui pas encore de modèles en circulation.

En Europe, Renault Trucks fait figure de pionnier : depuis février 2015, la Poste teste à Dole, dans le Jura, le prototype du Renault Maxity H2.

Ce camion électrique est équipé d’un prolongateur d’autonomie, avec 2 réservoirs d’hydrogène de 75 litres. Produite par la société Symbio FCell, la pile à combustible permet de doubler l’autonomie du Renault Maxity, qui passe de 100 à 200 km. La chaleur dégagée par la pile est également réutilisée pour chauffer l’habitacle.

 

Une alternative viable à partir de 2020

L'hydrogène n'est pas une alternative à court terme mais pourrait se révéler viable au-delà de 2020. Son coût de production est en effet aujourd’hui encore élevé, mais en décroissance régulière. Les piles à combustible à hydrogène présentent désormais une rentabilité raisonnable pour les transports lourds, mais il n'existe actuellement aucune méthode permettant de transporter des quantités suffisantes d'hydrogène gazeux pour effectuer des trajets sur de longues distances.

Développé, testé et exploité depuis une vingtaine d’années dans une quinzaine de pays, l’autobus à pile à combustible semble en revanche avoir atteint sa maturité. Aujourd’hui, les principaux constructeurs estiment que 500 à 1.000 nouveaux bus à hydrogène devaient être mis en service en Europe sur la période 2017-2020.

 

Retrouvez la suite de notre dossier consacré aux carburants alternatifs au gazole :

Le gaz naturel (GNV, bioGNV et GNL)

Les véhicules électriques et hybrides

Les biocarburants (éthanol, biodiesel, bio-DME et gazole synthétique)

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