Moteur hydrogène

Le moteur à hydrogène est une alternative aux moteurs à combustion interne et, dans une moindre mesure, aux moteurs électriques. Elle ne rejette que des vapeurs d’eau. La technologie est prometteuse pour juguler la pollution engendrée par l’industrie du transport.

Moteur hydrogène : Définition et caractéristiques

L’hydrogène est un corps simple, gazeux, qui entre dans la composition de l’eau (élément chimique, symbole H). L’hydrogène n’est pas une énergie, mais un vecteur d’énergie. Il peut être fabriqué à partir des énergies fossiles comme le gaz, le pétrole ou le charbon.

Cette solution est actuellement la plus utilisée pour des raisons économiques. Il existe cependant une alternative plus propre : la production d’hydrogène à partir d’eau et d’électricité par électrolyse ou à partir de la biomasse par gazéification (mélange de CO et d’H2).

L’hydrogène est utilisé dans de nombreux domaines dont le transport via des moteurs thermiques ou des moteurs à hydrogène électriques avec pile à combustible. Avec les moteurs thermiques, elle pose des problèmes de lubrification, de corrosion et d’usure précoce. Elle y est très peu utilisée.

Technologie	Moteur électrique hydrogène avec pile à combustible	Moteur électrique hydrogène avec pile à combustible	Pile à combustible
Marque	Hyundaï Nexo	Nouvelle Toyota Mirai	Kangoo Z.E. Hydrogen
Avantages	700km d’autonomie	650km d’autonomie	300 à 350km, chargement en 3min
Inconvénients	Prix	Prix	Faible autonomie
Prix moyen	80.000€	68.000€	48.000€

1. Définition et fonctionnement du moteur hydrogène

Le moteur à hydrogène désigne un moteur électrique couplée à une pile à combustible. Le dihydrogène est utilisé comme carburant. Il produit de l’électricité en association avec l’air par réaction électrochimique à l’intérieur de la pile. Celle-ci est stockée dans des batteries à lithium-ion qui servent à alimenter le moteur électrique.

 2. Le moteur hydrogène : une solution d’avenir ?

Le moteur à hydrogène reste toutefois un enjeu majeur dans la mesure où l’énergie qu’elle produit pourrait décarboner non seulement le secteur des transports, mais aussi celui de l’industrie. Les spécialistes estiment que la part de l’hydrogène propre dans le mix énergétique pourrait atteindre 24% de la demande mondiale.

En France, le moteur à hydrogène séduit peu : peu de modèles sont commercialisés donc peu de stations proposent ce carburant. De plus, l’utilisation de l’hydrogène comme carburant dans un moteur à combustion est délaissée depuis l’échec de BMW avec son modèle Hydrogen 7.

Dernier constat et non des moindres : en France, 94% de l’hydrogène est produit avec du gaz naturel, une énergie fossile potentiellement polluante. Elle investit néanmoins de plus en plus comme par exemple dans le programme PREDIT pour le développement des moteurs de bus à l’hydrogène.

Type de moteur	Nombre de véhicules en France
Moteur essence	10 millions
Moteur diesel	20 millions
Moteur essence + GPL	140.000
Moteur électrique	115.000
Bicarburation essence + GNV	13.000
Hybride essence ou diesel/électricité	465.000
Hydrogène	Une centaine

Les types de moteur hydrogène

Il y a trois types de moteurs à hydrogène : le moteur à réaction, le moteur à combustion interne et le moteur à hydrogène avec pile à combustible.

Type de moteur	Avantages	Inconvénients
Moteur à réaction	Utilise le dioxygène (oxygène)	Utilisation dans les fusées seulement
Moteur à combustion interne	Réhabilitation du parc de véhicules thermiques	Corrosion prématurée
Moteur avec pile à combustible	Augmente l’autonomie des véhicules	Peu de stations de recharges

1. Le moteur hydrogène à réaction

Cette technologie fonctionne avec du dihydrogène qui est injecté en même temps que du dioxygène dans une chambre à combustion. En brûlant, les deux gaz sont éjectés à très grande vitesse de manière à créer une force de propulsion.

Ce type de moteur est utilisé pour faire décoller les fusées.

 2. Le moteur hydrogène électrique avec pile à combustible

Cette technologie fonctionne avec du dioxygène sur un véhicule électrique ou hybride. La pile à combustible oxyde le dihydrogène, ce qui génère de la chaleur, de la vapeur d’eau et du courant électrique qui alimente le véhicule. Il est possible de stocker le surplus d’énergie dans une batterie.

Son plus gros avantage est de prolonger de plusieurs centaines de kilomètres l’autonomie du véhicule. Toutefois, le prix de ses véhicules avoisine les 70.000€.

3. Le moteur hydrogène thermique

Le moteur à combustion interne est un moteur qui utilise habituellement de l’essence ou du diesel. L’objectif ici est de produire de la puissance mécanique à partir d’hydrogène propre. C’est la réaction explosive entre le dioxygène et le dihydrogène qui va permettre de la créer.

L’avantage serait de pouvoir convertir les véhicules à moteur thermique en circulation en véhicules propres. Toutefois, des réglages sont indispensables pour réduire les conséquences liées à une corrosion précoce du moteur.

Alternatives au moteur hydrogène

Les alternatives au moteur à hydrogène sont le moteur électrique et le moteur à essence, moins cher que le diesel.

1. Le moteur hydrogène ou le moteur électrique

La voiture électrique se charge sur une prise électrique, elle stocke l’énergie dans des batteries au lithium-ion de manière à pouvoir alimenter le moteur tandis que l’hydrogène produit de l’électricité via une pile à combustible. Il faut recharger cette dernière dans une station-service à hydrogène.

L’avantage du tout électrique est le déploiement de bornes sur tout le territoire en plus des prises domestiques (autoroutes, parkings de centres commerciaux, rues, etc.).

L’électricité est bien moins chère que l’hydrogène. Le temps de recharge est bien plus court pour le moteur à hydrogène (moins de 3 minutes contre 30 minutes pour l’électrique). L’inconvénient demeure le coût même si le moteur électrique est moins cher que le moteur à hydrogène.

2. Le moteur hydrogène ou le moteur essence

Le moteur à essence est un moteur à combustion interne (moteur thermique). Il transforme l’énergie calorifique de l’essence en énergie mécanique en quatre temps :

1. Admission de l’air frais qui forme un mélange gazeux avec l’essence vaporisée dans l’aire d’admission
2. Compression du mélange gazeux dans le cylindre et la culasse
3. Allumage pour enflammer le mélange (bougies d’allumage)
4. Échappement des gaz

Les moteurs à essence sont les moins chers du marché. Ils figurent aussi parmi les plus polluants (émission de particules fines nocives pour la santé).

3. Le moteur électrique ou le moteur essence

Le moteur électrique et le moteur à essence ne se font pas vraiment concurrence tant les prix de l’électrique sont dissuasifs.

Il représente néanmoins l’avenir non seulement en raison des prix très volatils de l’essence, mais aussi des émissions de gaz à effet de serre responsables du dérèglement climatique. Le moteur électrique permettra de gagner plus d’indépendance sur le plan géopolitique.