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La pile à combustible et l'hydrogène

Les véhicules ''propres'' Actu-Environnement.com - Publié le 25/01/2010
Les véhicules ''propres''  |    |  Chapitre 7 / 10
Pour s'affranchir des infrastructures de recharge, il est envisageable de produire l'électricité directement à bord du véhicule grâce à la Pile à Combustible ou PAC. Une PAC est un générateur d'électricité qui transforme directement l'énergie chimique de l'hydrogène en énergie électrique par le biais d'une réaction électrochimique qui ne rejette que de l'eau et de la chaleur. La pile à combustible combine l’hydrogène avec l’oxygène de l’air. Le rendement électrique est d’environ 50 %, les 50 % restant étant de la chaleur.

Dans le véhicule, la pile à combustible peut être alimentée par de l'hydrogène stocké à bord ou bien produit à bord. Un convertisseur (reformeur embarqué) peut en effet transformer un carburant (méthanol, éthanol, gaz) en hydrogène. Mais selon le rapport du Centre d'Analyse Stratégique (CAS) ''Perspectives concernant Le VEHICULE « grand public » du FUTUR 2020-2030'' rédigé par Jean Syrota président de la commission énergie du CAS, ces projets ont été abandonnés pour l’essentiel et la pile à combustible est aujourd’hui présentée comme le meilleur moyen d'utiliser l’hydrogène comme combustible. Elle est cependant très coûteuse : la réaction chimique nécessite une membrane en polymères ainsi qu’un catalyseur de platine, métal précieux, rare et mal distribué à la surface terrestre.

Vers un développement à compter de 2030 ?

De même la production, la distribution et le stockage sûrs et efficaces de l'hydrogène posent encore problème. En effet, l'hydrogène ne se trouvent pas à l'état pur. Il faut donc le produire. À l'heure actuelle, 90% de la production d'hydrogène provient de combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon). Cette technique qui entraîne la libération de CO2, n'est donc valable sur le plan environnemental que si le CO2 est stocké. Des quantités plus modestes sont produites par électrolyse de l'eau. À l'avenir, l’hydrogène pourrait donc être produit avec des électrolyseurs plus performants que ceux d’aujourd’hui.

Pour sa distribution, l'hydrogène va nécessiter la mise en place d’un réseau spécialisé de gazoducs ou de distribution par camions. Les investissements dans un réseau de distribution de l’hydrogène sont considérables : selon le rapport du Centre d'Analyse Stratégique, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) chiffre à plus de 2.000 milliards de dollars la construction d’un tel réseau à l’échelle mondiale, dont 600 milliards pour le seul territoire américain. La Californie s'est lancé en 2004 dans la mise en place d'un réseau de stations spécifiques dans son projet ''les autoroutes de l'hydrogène''. Impulsé par le gouverneur de l'Etat, Arnold Schwarzenegger ce projet avait prévu la création de 100 stations-service à l'hydrogène avant 2010. Mais on est loin du compte pour l'instant. Aujourd’hui, il existe une quarantaine de stations-service distribuant de l’hydrogène au niveau mondial, réparties de manière relativement homogène entre l’Europe, l’Amérique du Nord et le Japon.

Côté stockage à bord du véhicule, les recherches progressent mais des améliorations sont encore nécessaires. Plusieurs voies sont explorées : le stockage gazeux à 700 bars de pression, le stockage liquide ou le stockage solide. Si le stockage gazeux permet actuellement une autonomie comparable à celle offerte par le pétrole, le stockage liquide permet un gain substantiel de volume mais reste très onéreux et n'est pas une solution acceptable pour les véhicules grand public en raison du danger qui en résulte. Quant au stockage solide, cette voie en est encore au stade de la recherche mais pourrait profiter des progrès dans les nanomatériaux.

Ainsi pour Jean Syrota, auteur du rapport du Centre d'Analyse Stratégique, ''les éléments problématiques dans la filière hydrogène sont souvent des verrous technologiques, soit insurmontables à l’heure actuelle, soit très onéreux. Les perspectives de généralisation du véhicule à hydrogène se heurtent donc à une rationalité très contestable, même après le terme de 2030''.

L'Union européenne reste néanmoins intéressée par cette technologie. Selon le rapport du ''projet HyWays'' présentée par la commission européenne en février 2008, l'hydrogène peut permettre de réduire la consommation de pétrole des transports routiers de 40% d'ici 2050 en Europe. Selon le rapport, des simulations ont permis de dégager les coûts-bénéfices de son utilisation : le seuil de rentabilité serait atteint entre 2025 et 2035 avec une totalisation de 16 millions de voitures roulant à l'hydrogène, et d'un investissement cumulatif total dans les infrastructures d'environ 60 milliards d'euros.

Renforcement de la recherche

Par conséquent les recherches se poursuivent. En octobre 2008, l'Union européenne a officiellement lancé l'Initiative Technologique Commune sur les piles à combustible et sur l'hydrogène. Cette ITC doit lever les obstacles afin que ces technologies puissent devenir largement disponibles dans le commerce. Ce partenariat se traduira par un programme de recherche fondamentale et appliquée, de développement technologique ainsi que d'activités de démonstration.

Côté réglementation, les textes évoluent également. En septembre 2008, le Parlement européen a adopté un règlement établissant des normes européennes communes pour l'homologation des véhicules à hydrogène. Concrètement, pour être homologué, un véhicule fonctionnant à l'hydrogène devra être clairement et rapidement identifiable par les services de secours en cas d'accident. Les constructeurs devront également prendre des mesures appropriées pour éviter les erreurs lors du ravitaillement en carburant du véhicule. Côté technique, les constructeurs devront par exemple s'assurer que le système hydrogène est protégé contre la surpressurisation, que les matériaux entrant en contact avec l'hydrogène sont compatibles ou encore que les échangeurs thermiques sont pourvus d'un système de sécurité qui détecte leur défaillance.

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