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Le véhicule électrique à hydrogène en approche

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Premiers véhicules à pile à combustible commercialisés en 2015

Le véhicule électrique à hydrogène en approche
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Alors que la commercialisation de véhicules électriques à batteries démarre lentement sous l'impulsion de Mitsubishi et de l'alliance Renault-Nissan, plusieurs grands constructeurs automobiles finalisent le développement de la voiture électrique à pile à combustible.

Utilisé dans une pile à combustible constituée d'électrodes et de membranes de polyélectrolyte prises en sandwich entre des séparateurs et empilées, l'hydrogène présent dans le réservoir du véhicule se combine à l'oxygène présent dans l'air pour produire de l'électricité en ne rejetant que de l'eau. Le rendement électrique est d'environ 50 pour cent.

L'hydrogène permet de réduire les gaz à effet de serre dans l'automobile, la pollution locale dans les villes et la dépendance de l'industrie automobile aux carburants pétroliers.

La technologie a atteint sa maturité. Techniquement les véhicules sont prêts. Après plusieurs années de développement, voire plusieurs décennies pour certains constructeurs, BMW, General Motors/Opel, Honda, Hyundai, Mazda, Mercedes, Nissan, Toyota,….font rouler depuis plusieurs années des prototypes de développement et de démonstration de la technologie hydrogène.

Hyundai et Daimler bénéficient déjà de la maîtrise de la technologie hydrogène dans les bus.

En 2006, lors de la coupe du monde de football en Corée, Hyundai a fait rouler une flotte de bus à hydrogène.

Quant à Daimler, la marque Mercedes fait rouler des autobus à pile à combustible de la dernière génération dans les rues de Hambourg depuis la fin de l'année 2010. Dès 2003, la marque allemande faisait rouler 30 bus à hydrogène entre Madrid et Stuttgart.

La technologie est également utilisée dans le secteur industriel des chariots élévateurs.

Le véhicule électrique à hydrogène nécessite une infrastructure de recharge. Actuellement peu développée, l'infrastructure de recharge permettant la circulation de véhicules électriques à hydrogène se limite à certains pays en Europe et dans d'autres régions du monde.

On recense environ 200 stations de distribution d'hydrogène bi-pression (350 et 700 bar) qui permettent aux véhicules de faire le plein dans le monde.

Aux manettes de la future distribution de l'hydrogène en Europe, les allemands Linde et OMV et les français Air Liquide, Total et EDF entre autres.

En Europe, la densité de l'infrastructure du réseau hydrogène varie fortement.

En Allemagne, on recense 15 stations pour 3 en Italie. Des stations sont présentes en Scandinavie. En France, il n'y a ni norme spécifique, en dehors des emplois classiques de l'hydrogène dans l'industrie chimique et dans le raffinage, ni station de recharge.

Il y a 20 stations aux Etats-Unis dans le cadre du projet des « autoroutes de l'hydrogène » en Californie et 12 au Japon. Des stations sont également implantées en Corée du Sud et en Chine.

Le véhicule électrique à hydrogène sera mis en avant lors des Jeux Olympiques de Londres 2012 avec la mise en circulation d'une flotte de taxis londoniens à hydrogène destinés aux JO.

Ce sera l'une des technologies utilisées dans l'automobile à l'horizon 2020. Le véhicule électrique à hydrogène et la technologie de la pile à combustible présentent le double avantage de permettre la circulation sans contrainte d'autonomie sur de longues distances et de ne nécessiter que trois minutes pour recharger le réservoir à hydrogène.

L'hydrogène n'existe pas sur terre à l'état brut. Il peut être produit à partir de sources d'énergie diverses. Sa production nécessite actuellement des combustibles fossiles. 95% de l'hydrogène produit l'est à partir de gaz naturel. L'hydrogène est plus difficile à distribuer que l'essence, le diesel ou le gaz naturel.

En termes d'environnement, l'hydrogène ne permet qu'une diminution de l'ordre de 20 à 30 pour cent des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux véhicules à combustion « du puits à la roue ».

En 2050, la production d'hydrogène pourrait se faire avec 50 pour cent de CO2 en moins. A plus long terme, elle pourrait se faire sans CO2 à partir de sources d'énergie renouvelables (solaire, éolien ou hydraulique).

Daimler/Mercedes, Ford, General Motors/Opel, Honda, Hyundai, Kia, l'alliance Renault-Nissan et Toyota se sont entendus dès septembre 2009 sur la commercialisation de véhicules à pile à combustible à compter de 2015.

Dans une lettre d'entente, ils appellent les sociétés pétrolières, les fournisseurs d'énergie et les organisations gouvernementales à coopérer en vue de créer des réseaux d'approvisionnement en hydrogène suffisamment denses en Europe, aux États-Unis , au Japon et en Corée d'ici à 2015.

Ils pourront compter sur un réseau de recharge en hydrogène d'environ 400 stations dans le monde, dont 100 en Allemagne, 100 en Italie, 100 au Japon et 50 en Corée.

Alors que le véhicule électrique à hydrogène est un complément au véhicule électrique à batterie pour les longues distances, en France, la technologie de l'hydrogène dans l'automobile semble être jugée moins pertinente par les constructeurs automobiles nationaux et les pouvoirs publics.

Pourtant déjà utilisée dans l'industrie, certains identifient de nombreux verrous technologiques présents tout au long de la filière hydrogène depuis sa production jusqu'à son utilisation dans un véhicule, en passant par sa distribution. Ils lui voient des handicaps insurmontables liés au coût de la production, de la distribution et du stockage et à la sécurité publique (Mission « Véhicule 2030 » Rapport J. SYROTA du 28 septembre 2008).

Un réseau de distribution d'hydrogène destiné aux seuls industriels d'environ 1000 km existe entre la France, Belgique et les Pays-Bas. Une distribution généralisée pour les véhicules est plus difficile et poserait des problèmes de sécurité conséquents (forts risques de fuite, explosivité si confinement) (Mission « Véhicule 2030 » Rapport J. SYROTA du 28 septembre 2008).

Le rapport Mission « Véhicule 2030 » de J. SYROTA du 28 septembre 2008 note que l'hydrogène "n'a vraisemblablement pas d'avenir comme source d'énergie des automobiles".

Renault mise sur le véhicule électrique à batterie en ville et sur de longues distances avec échange de batteries dans des stations services dédiées. Renault profitera des développements sur le véhicule à pile à combustible menés par Nissan avec Daimler pour le compte de l'alliance Renault-Nissan.

PSA Peugeot Citroën investit sur l'hybridation diesel pour ses berlines et utilise la technologie électrique Mitsubishi pour sa petite voiture urbaine électrique.

Chez PSA Peugeot-Citroën, "la perspective d'une industrialisation et d'une commercialisation de masse pourrait intervenir à partir des années 2020-2025" une fois levés les freins liés au coût du système de la pile à combustible et des batteries lithium ion, de la durée de vie de la pile à combustible et à la mise en place d'une infrastructure de distribution d'hydrogène grand public.

La production, le stockage, la distribution et les questions logistiques de l'hydrogène sont maîtrisés par des industriels mondiaux (Air Liquide, Linde, etc.). Les stations de distribution d'hydrogène qui permettent de remplir le réservoir des véhicules avec de l'hydrogène gazeux en moins de cinq minutes et à une pression allant jusqu'à 700 bar existent.

Implantées dans certaines régions du monde, elles restent en attente de déploiement dans la plupart des pays. Air Liquide indique avoir installé 55 stations dans le monde.

Une expérimentation est en cours en Allemagne. Dans le cadre d'un partenariat public-privé « Clean Energy Partnership » (CEP) lancé en 2005 pour la commercialisation de l'hydrogène en tant que carburant du futur, des industriels testent dans des conditions d'utilisation réelles les véhicules à pile à combustible et les stations de distribution d'hydrogène.

Aux États-Unis, près de 100 Toyota FCHV-adv, et autant d'HydroGen4 de General Motors sont également impliqués dans des programmes de démonstration de véhicules à pile à combustible et de stations de distribution d'hydrogène.

Des flottes expérimentales de Honda FCX Clarity ont été mises en circulation depuis 2008 aux Etats-Unis et au Japon.

Mercedes prévoit la livraison aux clients des 200 premiers véhicules Classe B F-CELL à hydrogène en Europe et aux Etats-Unis au début de l'année 2012.

A l'horizon 2015, les premiers véhicules à hydrogène devraient être commercialisés aux prix de véhicules hybrides diesel.

Du fait du prix du platine et de la quantité de platine nécessaire dans la pile à combustible, le prix du véhicule électrique à pile à combustible constitue un challenge. Air Liquide indique avoir divisé par six les coûts de fabrication de ses piles à combustibles en l'espace de dix ans via sa filiale Axane.

Au niveau technique, les questions du démarrage à froid, de la prévention du gel de l'eau qui est destructif de la pile à combustible et de la durée de vie de la pile adaptée à un usage automobile sont traitées par les constructeurs les plus avancés dans cette technologie.

L'hydrogène n'existe pas sur terre. Elle est pour le moment produite à partir d'énergies fossiles. Le coût de fabrication de l'hydrogène serait à peu près le triple de celui du gaz naturel. Le coût du carburant hydrogène (non taxé) est quasiment identique à celui du carburant automobile qui doit supporter une taxe intérieure sur les produits pétroliers (TIPP). Un kilo d'hydrogène vendu à 5 euros hors taxe permet de parcourir une centaine de kilomètres.

Pour développer l'usage de véhicule électrique à hydrogène, il faudrait selon les spécialistes de l'ordre de 500 à 2 000 stations à hydrogène en Allemagne, ce qui représente un coût estimé d'environ un à trois milliard d'euros.

Il pourrait y avoir selon certains spécialistes dix millions de véhicules en Allemagne à l'horizon 2050.

A noter les différences extrêmes existantes au niveau du chiffrage économique d'un réseau de distribution de l'hydrogène. General Motors estime entre 10 et 15 milliards de dollars le déploiement d'un réseau de stations-service distribuant de l'hydrogène suffisamment dense aux Etats-Unis. Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), la construction d'un réseau de stations-service distribuant de l'hydrogène sur le territoire américain reviendrait à 600 milliards de dollars et à plus de 2 000 milliards de dollars à l'échelle mondiale.

Eric Houguet, 04/11/2011
   
 

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