locomotive hydrogène

La propulsion à hydrogène pourrait devenir une alternative pour décarboner le secteur des transports. Définition, exemples et enjeux de cette technologie.



La définition en quelques mots

La propulsion à hydrogène désigne la manière dont l’hydrogène (Dihydrogène en réalité) est utilisée comme source d’énergie pour alimenter le moteur ou les batteries d’un véhicule.

Cela peut concerner, par exemple, un moteur à explosion (la chambre de combustion du moteur brûle alors l’hydrogène et non plus le gasoil ou l’essence) ; ou bien une pile à combustion qui fait tourner un moteur électrique ; ou encore un système hybride de moteur à essence couplé à un moteur électrique alimenté par une pile à combustion. 


Et pour aller plus loin

Le procédé est connu, maîtrisé, potentiellement très puissant et fiable. Pour preuve, les fusées Ariane sont équipées d’une pompe à hydrogène qui développe une puissance de 21 000 chevaux. Ce qui représente également de quoi «pousser » deux rames de TGV à pleine vitesse. L’hydrogène, représenté par l’élément chimique H, est présent sur terre principalement sous forme d’eau, de glace ou de gaz. C’est un élément renouvelable, non-fossile et décarboné. Ce qui lui confère un potentiel énorme dans le cadre de la transition écologique.

Dans ces conditions la recherche a notamment conduit les constructeurs automobiles à s’intéresser à ce type de propulsion. La marque Toyota a, par exemple, proposé une première gamme de véhicules utilisant l’hydrogène dans les années 2003-2008. Le procédé peut aussi servir à alimenter des trains, à l’image de la locomotive Coradia iLint du groupe Alstom.

Cependant, l’idée de la propulsion à hydrogène n’est pas nouvelle. Dès 1874, l’écrivain français Jules Verne écrivait ainsi dans l’un de ses ouvrages : “je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait avoir”.

locomotive hydrogène.
Cette locomotive développée par ALSTOM fonctionne à propulsion hydrogène.


La propulsion à hydrogène, comment ça marche ?

La forme de propulsion à hydrogène la plus développée à l’heure actuelle fonctionne de la manière suivante : l’hydrogène, contenu dans des réservoirs, se combine à l’oxygène de l’air dans une pile à combustible. La réaction produit, d’une part, l’électricité qui alimente un moteur et, d’autre part, de l’eau rejetée dans l’atmosphère. Ce qui permet ainsi de rejeter dans l’atmosphère de l’eau à la place des gaz à effet de serre. Cela, évidemment, nécessite en premier lieu de pouvoir produire et stocker de l’hydrogène en amont.

Il existe aujourd’hui deux méthodes pour cela. La première est l’utilisation directe d’une énergie fossile, en l’occurence du gaz. Cette opération dite de “vaporeformage du méthane” revient à provoquer une réaction chimique dont on extrait alors l’Hydrogène. La seconde manière est l’électrolyse de l’eau. Ce qui est, aujourd’hui en tout cas, paradoxal car on doit alors utiliser de l’électricité pour générer une réaction chimique qui produit de l’hydrogène… et ce afin que l’hydrogène produit viennent alimenter un moteur électrique.

Dans un mix-énergétique massivement orienté sur des énergies fossiles, ce type de procédé n’est pas pertinent. Cependant, avec le développement des énergies renouvelables, une partie pourrait être récupérée pour concevoir de l’hydrogène. Il reste alors à stocker ce gaz, soit par cryogénisation (l’hydrogène est descendue à -253° Celsius) soit en le comprimant. Et c’est là un atout majeur, car si l’électricité produite non utilisée se perd, l’hydrogène se conserve et se stocke.

toyota mirai hydrogène
La Toyota Mirai est une voiture qui fonctionne à l’hydrogène.


Quelles limites ? Quels inconvénients ?

Aujourd’hui la locomotive Coradia iLint de chez Alstom est équipée de réservoirs d’hydrogène qui alimentent la pile à combustion destinée à fournir aux moteurs l’énergie requise. Elle est aussi équipée sous le plancher de batteries de stockage qui emmagasinent l’électricité non consommée, ainsi que celle récupérée par l’inertie au freinage. Ainsi, cette locomotive ne rejette que de l’eau… Ce qui ne fait pas pour autant de cette locomotive un véhicule neutre et pleinement décarboné.

En effet, si le véhicule à propulsion hydrogène ne rejette aucun gaz à effet de serre, on a vu par exemple que le vaporeformage du méthane n’est pas neutre. Cette transformation ajoute au véhicule à hydrogène une énergie grise qui doit être prise en compte. L’énergie grise se définit par la somme de tous les intrants utilisés en amont. Il s’agit de comptabiliser la production, l’extraction, la transformation, la fabrication, le transport, la mise en œuvre de ce vecteur énergétique pour le comparer scientifiquement aux autres modes énergétiques fossiles.

Selon la firme Alstom Allemagne – même en incluant l’énergie grise – la locomotive Coradia iLint réduit de 40 à 45% les gaz à effet de serre par rapport à une locomotive classique. Et dans l’hypothèse d’une production venue d’énergies renouvelables, le gain serait alors de 85% à 100%. 

D’autres sociétés ont d’ores et déjà mis en œuvre l’industrialisation de piles à combustion hydrogène. Ainsi, le Conseil Général de la Manche, par exemple, est équipé d’une flotte de 14 véhicules à hydrogène. De même pour les autobus du centre ville d’Auxerre. Cependant, pour les particuliers, l’investissement reste très lourd. La Toyota MIRAI se vend aux environs de 65 000€. (Soit deux fois le prix de la Renault Zoé livrée avec ses batteries). En revanche, l’autonomie d’un véhicule à propulsion hydrogène atteint aujourd’hui les 700 Km (contre à peine 250 Km pour les électriques) et il ne faut que cinq minutes pour « passer à la pompe », là où les charges de véhicules électriques nécessitent plus de temps.  

Reste qu’il n’y a, aujourd’hui, que 17 bornes à hydrogène en France. Ce qui représente un autre frein au développement de ce type de véhicule.


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