Chef du projet Motorisations Hydrogène et responsable du programme Motorisations et Systèmes au sein d’IFPEN
Actu-Environnement : Pourquoi croyez-vous au développement du moteur à combustion hydrogène ?
Florence Duffour / Bertrand Gatellier : Le premier avantage du moteur à hydrogène c'est qu'il n'émet pas de CO2 et très peu d'oxyde d'azote (NOx). Deuxièmement, le moteur thermique a fait d'énorme progrès en termes de rendement ces dernières années, notamment sur les motorisations essence et gaz, ce qui rend possible son évolution vers le moteur à hydrogène. C'est en tout cas un socle de technologies matures qui, combinées aux propriétés intrinsèques de l'hydrogène, peut donner de très bons rendements. Le rapport entre le travail mécanique fourni et la quantité d'énergie nécessaire est désormais proche des rendements énergétiques observés pour les piles à combustible associées aux moteurs électriques. Selon nos simulations on serait sur des rendements supérieurs à 45 %. Notre ambition est de se rapprocher des 50 % de rendement, en s'appuyant notamment sur nos outils numériques de conception et de nouveaux moyens d'essais dédiés aux motorisations hydrogène.
La pile à combustible a un rendement maximum très élevé, mais il faut comparer avec l'ensemble du système de propulsion intégrant une machine électrique et une transmission. En effet, selon les usages et les variations de puissance, le rendement n'est pas constant. Le moteur à hydrogène peut donc être plus intéressant que le système PAC pour certaines applications, en particulier celles sollicitant la chaîne de tractions par des fortes demandes en puissance instantanée.
AE : Sur quels segments est-il le plus pertinent ?
FD / BG : Les deux voies de la mobilité hydrogène s'inscrivent dans la transition écologique et sont aujourd'hui explorées à l'Ifpen. Le moteur thermique à hydrogène semble plus recommandé pour certains segments de marché, comme le poids lourd longue distance, l'off road (machines agricoles, engins de chantier, etc.) ainsi que le transport ferroviaire, fluvial et maritime. La demande de puissance de ces engins est moins adaptée à la PAC. Autre inconvénient, une PAC a besoin d'être refroidie, ce qui peut poser des problèmes d'encombrement ou pénaliser les engins sur le plan de l'aérodynamisme. Autre avantage avec le moteur hydrogène, il est possible d'utiliser l'outil industriel déjà existant pour adapter les véhicules à ce moteur. Contrairement à la PAC, il n'y a pas besoin d'investir dans le design et l'architecture des véhicules, il y a de grandes similitudes des moteurs, des pièces, des lignes de montage. Sur beaucoup de petits segments, on va pouvoir accélérer l'utilisation de l'hydrogène. Ainsi, avec une durée de vie identique à celle des motorisations thermiques existantes, la motorisation hydrogène peut afficher un coût très compétitif car la technologie est mature et les investissements de production limités. Par ailleurs, elle ne nécessite pas l'utilisation d'un hydrogène de grande pureté, facilitant ainsi la distribution du carburant.
AE : Sur quels axes de recherche faut-il encore travailler ?
FD / BG : L'objectif est de faire des adaptations des moteurs existants pour s'approcher des rendements optimums. Pour certains véhicules, ce sera toujours beaucoup moins coûteux que de basculer vers la PAC. L'Ifpen va donc privilégier la recherche de briques technologiques pour atteindre des performances de rendement maximum et minimiser les émissions d'oxyde d'azote. Nous avons élaboré des programmes avec des industriels, notamment pour avoir deux démonstrateurs de véhicules en 2022 (poids lourds de moins de 19 tonnes). Nos partenariats se montent avec des acteurs essentiels sur des technologies clés comme le système d'injection, l'allumage, les lubrifiants… L'objectif est de trouver les solutions qui viennent lever certains verrous, augmenter le rendement et réduire les oxydes d'azote.
