Un véhicule à hydrogène est un moyen de transport qui utilise une transformation chimique du dihydrogène comme énergie de propulsion. En particulier, on appelle voiture à hydrogène un véhicule à propulsion électrique muni d'une pile à combustible utilisant le plus souvent l'hydrogène comme combustible réducteur. C'est un type particulier de véhicule à pile à combustible.

Cette appellation englobe des véhicules du domaine de l'aérospatiale (comme les fusées) ou du domaine militaire (comme des sous-marins à hydrogène), bien que l'usage courant renvoie plutôt au monde des transports.

Le véhicule à hydrogène est souvent présenté comme « décarboné » car sa motorisation n'émet pas directement de gaz à effet de serre. Toutefois, la production préalable de l'hydrogène consommé est encore à plus de 99 % réalisée à partir d'hydrocarbures en 2021., dont les fuites de méthane contribuent à l'effet de serre. Il est également possible de produire l'hydrogène par électrolyse de l'eau en exploitant diverses sources primaires d'énergie décarbonées (vent, soleil, nucléaire). L'énergie grise nécessaire à la fabrication des installations de production et des véhicules nuance également ce qualificatif.

Contexte

Les recherches sur le véhicule à hydrogène s'inscrivent dans le contexte d'un besoin de sécurité énergétique et surtout du réchauffement climatique, qui imposent de trouver une alternative aux énergies fossiles. Le dihydrogène () produit industriellement, est un vecteur énergétique candidat. Il peut être produit par des procédés polluants, à partir de ressources fossiles (méthane essentiellement), ou par électrolyse de l'eauHydrogène : du Zeppelin à la Lune, des décennies de faux départs, Les Échos, ..

L'utilisation de l'hydrogène « vert », produit sans recours aux hydrocarbures, permettrait aux pays ne disposant pas de gisements pétroliers ou gaziers de sécuriser leur approvisionnement énergétique. Cette alternative énergétique pourrait être rendue économiquement viable par l'augmentation du cours du pétrole et du gaz naturel, les procédés de production étant coûteuxTout savoir sur l'hydrogène en quatre questions, Les Échos, ..

Des techniques de production d’hydrogène sont connues depuis très longtemps. D'importantes difficultés techniques l'ont empêché de passer à la production à grande échelle et d'être intégrée à un moyen de stockage d'énergie généralisé : réseaux de transport, pression importante pour conditionner le gaz, réservoirs de dimensions importantes, faible rendement, matériaux rares nécessaires..

Solutions techniques L'appellation « véhicule à hydrogène » utilisée désigne plusieurs types de motorisations : la pile à combustible, qui produit dans un premier temps de l'énergie électrique, pour alimenter un moteur électrique voire plusieurs. Cette solution est utilisée sur les Fiat Panda II H2, Honda FCX Clarity ; le moteur à "hydrogène", qui n'est autre qu'un moteur à essence classique. Exemple : la BMW Hydrogen 7 (abandonnée en 2009) ; un système hybride combinant un moteur classique aux hydrocarbures et un moteur électrique dont l'énergie provient d'une pile à combustible.

Dans tous les cas, l'hydrogène utilisé doit au préalable être produit (à partir d'eau électrolysée, de méthane reformé, de pétrole, d'agrocarburant), transporté, distribué et stocké dans le véhicule.

Il existe également des systèmes d'enrichissement hydrogène du carburant (commercialisés pour les poids lourds en Amérique du Nord), où l'hydrogène est utilisé pour permettre une combustion plus complète et donc moins polluante des hydrocarbures.

En parallèle des questions techniques, la diffusion à grande échelle de ce genre de véhicule suppose l'instauration d'un cadre économique associé, que certains nomment une économie hydrogène.

Rentabilité Le coût de fabrication d'une voiture à hydrogène est en 2018 environ trois fois plus élevé que celui d'une voiture thermiqueVoitures à hydrogène : Ce que l'on ne vous dit pas !, Petites Observations Automobiles, , sur YouTube, , à 4:30.. La fabrication de la pile à combustible et du réservoir intervient pour 70 % dans ce coût en 2015Le réservoir, clé du prix de revient de la voiture à hydrogène, Challenges, .. La solution semble donc réservée en priorité au transport pour les poids lourds (qui contribuent à 25 % des émissions de dans le secteur du transportCamions : vers une limitation des émissions de , EcoCo2, .), bateaux, transports en commun ou utilitairesDéployer des stations à hydrogène dans votre territoire, Afhypac, 43 pages, ., qui ont la capacité d'embarquer des réservoirs plus volumineux et sont moins dépendants d'un réseau d'approvisionnement3 questions sur le nouveau bus à hydrogène du bassin minier, France 3 Hauts-de-France, sur YouTube, .L'pportunité bus électriques à hydrogène, AfhyPac, , .. Des expériences sur des voitures particulières sont en cours.. L'avantage pour ces moyens de locomotion est en particulier la grande autonomie apportée. La grande longévité des moteurs électriques employés (jusqu'à un million de kilomètres) pourrait permettre d'amortir en partie le surcoût initial, le coût d'entretien annoncé pour une voiture électrique étant inférieur de 30 à 40 % par rapport aux véhicules classiquesMaintenance et entretien du véhicule électrique, Avere-France, .. En contrepartie, à moins d'amélioration technique, l'assez faible longévité () des piles à combustibles et le coût de fabrication assez élevé des infrastructures nécessairesLa voiture à hydrogène, 40 millions d'automobilistes, . . La solution hydrogène parait donc être en concurrence avec la voiture électrique à accumulateurs, en ce qui concerne sa rentabilité, sauf nouvelles évolutions techniquesHydrogène : enfin une façon économique de la produire ?, Futura, .Des nanoparticules à 24 faces pour améliorer la catalyse, Pour la science, 2019.. À titre de comparaison, en 2018 le coût d'achat d'un bus à hydrogène serait de Ces villes françaises qui font le pari écolo mais coûteux du bus à hydrogène, BFM TV, ., tandis que celui d'un bus électrique utilisant des batteries d'accumulateurs serait de Analyse coûts bénéfices des véhicules électriques Les autobus et autocars, ministère de la Transition écologique et solidaire , , 66 pages, ., mais présenterait un coût d'exploitation qui selon les sources serait plus faible pour le premierL’opportunité bus électriques à hydrogène , Afhypac, , 15 pages, ., ou plus élevéPanorama et évaluation des différentes filieres d’autobus urbains , ADEME, , 100 pages, .François Chabannes, Le duel batteries-hydrogène pour la motorisation décarbonée du transport routier, Connaissance des énergies, .. Le coût d'une station de distribution d'hydrogène, hormis les risques assurantiels plus élevés, est environ dix fois plus élevé que celui d'une station de recharge électrique. Ainsi, le prix de vente du modèle , équipé d'une pile à éthanolNissan eNV200 SOFC à l'éthanol : prometteur ?, sur moteurnature.com, . et commercialisé en 2020, sera-t-il sans doute moins élevéLa pile à éthanol de Nissan : une alternative crédible ?, Afhypac, . Brennstoffzellen-Systeme –von der Forschung zur Kommerzialisierung: Integration – Simulation – Testen , AVL (présentation), , Graz, 35 pages, . que celui d'une voiture à hydrogèneToyota Mirai, sur automobile-propre.com, 2018 (?). et d'un coût d'utilisation nettement plus faible Mikio Matsumoto, e-Bio Fuel-Cell , , 23-, 13 pages, ..

En effet, des solutions alternatives comme celles recourant à une pile à combustible à acide formiqueUn bus urbain qui roule à l'acide formique, Air liquide, 2017.Générateur mobile à acide formique, Elektor, 2018., au méthanol. ou à l'éthanol sont potentiellement plus rentables, car ils évitent la compression et le stockage de l'hydrogèneL'hydrogène a-t-il un avenir comme carburant automobile ?, L'Argus, ., le renforcement de la structure du véhicule et le développement d'un réseau de distribution spécifique. La mise au point en 2020 de catalyseurs expérimentaux permet en outre d'envisager la capture du et sa transformation en acide formique. , en éthanol. ou en méthanol(cycle neutre en carbone). La rentabilité de ces dernières solutions, en comparaison des voitures électriques disposant de batteries à recharges rapides.., paraît cependant difficile à assurer sur des trajets récurrents et de moyenne distance (le trajet quotidien moyen des Français est par exemple de .), surtout compte tenu de l'évolution des batteries (baisse du prix.. et hausse de la capacité) .

Véhicules commercialisés Trains

vignette|Alstom Coradia iLint à l'InnoTrans 2016. Le fabricant de trains Alstom projette de produire et de proposer à la vente des trains voyageurs dont l’énergie proviendrait de piles à combustible à hydrogène. Ce train, le Coradia iLint, est à ce jour un projet unique au monde, soutenu par le ministère allemand du transport et de l’infrastructure numérique. En , le train prototype d'Alstom a effectué des tests à sur une voie d'essai à Salzgitter, en Basse-Saxe. Les premiers essais avec voyageur sont prévus pour début 2018. Les États allemands de Basse-Saxe, de Rhénanie-Du-Nord-Westphalie et de Bade-Wurtemberg ont signé des lettres d’intentions d'achat pour 60 trains.Avant sa fusion avec Siemens, Alstom mise sur l'hydrogène, Les Échos, ..

Présenté le au salon InnoTrans de Berlin, le Coradia iLint fonctionne à l'hydrogène. Le lancement de ce matériel, dérivé du Coradia Lint 54, fait suite à la signature, en 2014, de lettres d’intention avec les länders de Basse-Saxe, Rhénanie-du-Nord-Westphalie, Bade-Wurtemberg, et l’Autorité des transports publics de Hesse, en vue de l’utilisation d’une nouvelle génération de trains à zéro émission en exploitationAlstom dévoile son train zéro émission, le Coradia iLint, au salon InnoTrans, Alstom, .. Ce train permet d'éviter les émissions de , à condition que la production de l'hydrogène soit réalisée par un procédé n'en émettant pas. Le groupe thermique est remplacé par une pile à hydrogène alimentant les moteurs de traction électriques au travers d'accumulateurs tampons lithium-ion disposés sous les caisses alors que les réservoirs de dihydrogène sous pression sont aménagés en toiture. Les accumulateurs permettent de lisser les appels de puissance des moteurs et se rechargent lors des phases de freinageAlstom roule à l'hydrogène.

Le , la société des transports régionaux de Basse-Saxe (LNVG) signe un contrat avec Alstom pour l'achat de iLint. Ce contrat prévoit la maintenance de ces véhicules à Bremerhövde et la livraison d'hydrogène pour trente ans par Linde. Ils seront construits sur le site de Salzgitter. Ces trains devront avoir une autonomie de pour une vitesse de pointe de , soit environ un jour. Il s'agit de la première commande en série pour des autorails fonctionnant à l'hydrogène. La société des transports de Basse-Saxe a été aidée par l'État fédéral à hauteur de d'euros dans le cadre du programme d'innovation pour les technologies de l'hydrogène et des piles à combustible (NIP2).Le train à hydrogène passe du prototype à la série, Ville, Rail & Transport, ..

Le train est inauguré le et le premier trajet commercial est effectué le lendemain. Le train est exploité par la société LNVG. Cette solution permet de remplacer les parcs Diesel sans nécessairement électrifier les lignes ferroviairesInauguration du premier train à hydrogène d’Alstom, L'Usine nouvelle, ..

Le , Alstom signe avec le groupe gazier italien Snam, plus grand groupe européen de gazoducs, un accord sur cinq ans pour développer des trains à hydrogène en Italie ; des tests de faisabilité seront effectués à l'automne 2020 pour construire les trains ainsi que des infrastructures associées d'ici au début 2021 ; Alstom fabriquera les trains et assurera leur maintenance, et Snam construira les infrastructures de production et de transport du gazOlivier Tosseri, Alliance franco-italienne pour la fabrication de trains à hydrogène, Les Échos, ..

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