Voitures à hydrogène, une solution prometteuse ?

L’hydrogène est bon marché, sa combustion ne produit que de l’eau (et pas de CO₂) et libère 3 fois plus d’énergie que l’essence. Alors pourquoi ne roulons-nous pas tous à l’hydrogène ?

Parce qu’il y a un revers à la médaille : l’hydrogène présente des inconvénients lorsqu’on veut l’utiliser pour faire rouler une voiture. Ce qui n’empêche pas d’autres utilisations très prometteuses.

D’où vient l’hydrogène ?

L’hydrogène est le composé chimique le plus simple qui existe. Mais contrairement au pétrole, au gaz ou encore au charbon, il ne se trouve pas sous sa forme brute dans la nature. On ne l’extrait donc pas de façon minière, on le fabrique par un procédé chimique.

Pour obtenir de l’hydrogène, deux procédés sont possibles :

• Transformer du gaz naturel ou un autre combustible fossile : l’inconvénient de cette méthode est qu’elle implique la consommation d’énergie. Le gaz naturel étant lui-même une source d’énergie, il est donc plus rentable et moins dangereux de l’utiliser directement pour alimenter le moteur des voitures.
• Transformer de l’eau par électrolyse : ce procédé requiert de l’énergie électrique. Sur le plan environnemental, l’hydrogène produit de cette manière n’est donc « vert » qu’à condition que l’électricité utilisée soit elle-même issue de production renouvelable.

Actuellement, 4% de l’hydrogène produit dans le monde est fabriqué par électrolyse et 96 % par transformation chimique de combustibles fossiles, principalement du gaz naturel (48%).

Les avantages de l’hydrogène

1. Pas de CO₂ ni de particules

Si l’hydrogène était produit uniquement au départ d’électricité renouvelable, il serait le carburant idéal. Contrairement à l’essence, au diesel et au gaz naturel, sa combustion avec l’oxygène de l’air produit uniquement de l’eau, absolument pure, aucun CO₂ et pas la moindre particule. Il est également non toxique.

2. Des usages multiples

L’hydrogène contient trois fois plus d’énergie par kilo que l’essence et peut être utilisé de différentes façons, ce qui n’est pas le cas de tous les autres carburants :

• on peut le mélanger avec du gaz naturel et le distribuer dans les conduites de gaz classique ;
• on peut le brûler directement dans un moteur adapté ;
• on peut le transformer en électricité dans une pile à combustible.

3. Une solution de stockage

L’hydrogène peut servir à stocker l’énergie électrique produite en excès par les systèmes de production d’énergie renouvelable, qui dépendent des conditions météo :

• dans un premier temps, l’électricité en excès sert à transformer de l’eau en l’hydrogène ;
• dans un second temps, cet hydrogène est retransformé en eau et restitue l’électricité qui a servi à le produire.

Visualisez la vidéo qui explique bien le processus

Quelles utilisations pour l’hydrogène ?

L’hydrogène est utilisé comme réactif dans de très nombreux secteurs des l’industries chimique et sidérurgique. Il existe d’ailleurs un réseau européen de plus de 900 km de pipelines à hydrogène qui relie le Nord de la France, la Belgique, les Pays-Bas et le bassin industriel allemand de la Ruhr.

Par ailleurs :

• en Allemagne, le premier train à l’hydrogène du monde roule depuis 2018 en service régulier ;
• plusieurs constructeurs, dont Tesla, Nikola Motor, Bosch ou Toyota, travaillent sur le développement de poids-lourds à l’hydrogène ;
• De Lijn a mis en service 5 bus à l’hydrogène à Anvers ;
• Colruyt possède 13 voitures ainsi que 75 chariots élévateurs à hydrogène.

Des compagnies pétrolières et des producteurs d’électricité ont également des projets liés à l’hydrogène. Et d’autres pensent même à remettre en service des dirigeables gonflés à l’hydrogène pour remplacer les avions dans le transport de marchandises non urgentes.

Du côté de l’automobile, par contre, l’offre reste très limitée : Hyundai et Toyota sont les seuls constructeurs à proposer un modèle d’un prix aux alentours de 65 à 80.000 euros.
Mercedes, BMW ainsi que Honda ont également des projets concrets de voitures à hydrogène en passe d’aboutir.

4 éléments qui freinent encore la voiture à hydrogène

1. La pile à combustible : encore chère et pas suffisamment rentable

Le moteur à combustion classique qui équipe les voitures à essence n’est pas adapté à l’utilisation de l’hydrogène. Il vaut mieux utiliser un moteur électrique alimenté via une pile à combustible, qui transforme l’hydrogène en électricité.

Ce procédé pose question au niveau du rendement. En effet, on passe par deux procédés électrochimiques (un premier en amont pour fabriquer l’hydrogène, un second pour le transformer en électricité). Au mieux, la pile à combustible a un rendement de 40%, avec donc 60% d’énergie perdue.

Par ailleurs, la pile à combustible coûte cher (bien que certains constructeurs annoncent une baisse de prix importante) et est délicate et complexe à faire fonctionner. Elle nécessite aussi l’utilisation de métaux précieux pour sa construction, comme le platine.

Néanmoins, pour des applications spatiales ou plus lourdes, la pile à combustible peut être intéressante.

2. Autonomie limitée

Un kilo d’hydrogène libère autant d’énergie que trois litres d’essence. Mais l’hydrogène est l’élément le plus petit et le plus léger de l’univers et sa densité énergétique (énergie par unité de volume) est très faible. Il faut donc en stocker beaucoup, à de fortes pressions, pour obtenir la quantité nécessaire au fonctionnement d’une voiture.

Avec un réservoir de 60 litres d’hydrogène, soit un poids de 5kg, on n’a donc que l’équivalent de 13 litres d’essence. 

3. Risques supplémentaires

Ce réservoir à forte pression présente également un risque supplémentaire en cas de choc sur le véhicule. D’autant que l’hydrogène est très volatil et hautement inflammable.

Une autre piste consiste à liquéfier l’hydrogène pour le stocker en plus grande quantité dans un réservoir approprié, mais cela consomme beaucoup d’énergie et pose, de nouveau, la question du rendement.

4. Peu de stations-sevices 

Il n’existe que quelques centaines de stations-services dans le monde proposant de l’hydrogène (dont une à Zaventem et une autre à Hal). Quatre autres stations sont en phase préparatoire en Belgique. D’ici à 2020, le Benelux devrait compter 8 stations-service à hydrogène en tout. Faire le plein n’est donc pas chose aisée !

En conclusion : une piste à ne pas négliger !

En ce qui concerne la mobilité, l’hydrogène est une des voies qui est explorée pour remplacer l’essence et les moteurs à combustion.

Si certains ne croient pas en l’avenir de l’hydrogène pour cet usage en particulier, tout le monde est d’accord sur le fait que nous aurons besoin de solutions multiples pour répondre au défi énergétique.

Dans le domaine des véhicules alternatifs, la voiture au gaz naturel est aussi une piste très intéressante et plus facile à mettre en œuvre techniquement. Tout comme la voiture électrique. Consultez notre dossier pour tout savoir sur les véhicules électriques et au gaz.

Pour en savoir plus

Une fédération européenne, Hydrogène Europe, rassemble les membres de la filière hydrogène, dont le réseau belgo-néerlandais Waterstofnet.

Au niveau européen, le projet Hytrec vise à développer le réseau de canalisations d’hydrogène en tant que vecteur d’énergie à travers le Nord de l’Europe, de l’Ecosse au Danemark, en passant par la Belgique et l’Allemagne.