L'hydrogène est-il viable pour les voitures ?
C'est une question qui taraude de plus en plus de monde. En cette époque de mutation de l'automobile, si elle finit par avoir lieu (...), la question se pose de savoir si l'hydrogène s'avère être une énergie viable pour propulser les voitures électriques. On ne traitera ici que des autos employant la pile à combustible, et non pas les moteurs thermiques utilisant un mélange de gaz et d'hydrogène. Car oui, l'hydrogène peut bien évidemment être utilisé dans les moteurs à pistons ...
L'Europe investit donc massivement sur la technologie hydrogène, et pas seulement pour nos autos. Les marques Allemandes ont suivi le pas (ou plutôt anticipé) avec la multiplication des prototypes à hydrogène (Toyota et Hyundai ayant même des modèles qui circulent sur les routes), avec un grand déballage au salon de Francfort 2019 bien que cela fait un bon nombre d'années que Mercedes joue avec l'hydrogène (Classe B F Cell des années 2000).
Rendement de l'hydrogène
Pour ainsi dire, il n'y a pas vraiment de suspense sur les différences de rendement entre ces deux manières d'utiliser l'électricité.
Si on se limite à l'hydrogène produit par électrolyse (certes 5% de la production mondiale, mais les gouvernements veulent de la pyrolyse verte obtenue par énergie renouvelable. Sinon le procédé n'est pas viable. Et hélas il ne l'est, a priori, pas du tout), voici ce que cela donne :
Si on prend le chemin qui démarre de la centrale électrique (départ de l'énergie pour ces deux manières de propulser une auto), on a un rendement d'environ 70% pour les accumulateurs chimiques (batterie lithium-ion dans notre cas) et seulement de 25% pour l'hydrogène ...
En effet, les nombreuses étapes de transformation de l'hydrogène sont énergivores, sans compter le rendement très moyen de la pile à combustible (un peu moins de 50%, contre 90% avec du lithium).
Rendement hydrogène
L'Ademe communique sur un rendement de 22 à 23% pour l'hydrogène (produit par électrolyse) et 70% pour la voiture électrique à "accumulateur classique". En partant donc de l'électricité qui nous est mise à disposition jusqu'aux roues (cela n'inclut donc pas d'autres énergies utiles en amont ou même en parallèle des ces deux circuits : construction de centrales, réseaux de distribution, aménagements divers, fabrication recylage de batteries etc.). On part donc de la centrale jusqu'à la batterie pour la voiture électrique, et de la centrale jusqu'au réservoir de la voiture à hydrogène en passant par l'électrolyse à une raffinerie qui produit le gaz (on prend en compte la "fabrication" de l'hydrogène donc).
Rendement accumulateur Lithium-ion
En résumé, les étapes intermédiaires de l'hydrogène le rendent peu intéressant au niveau rendement (ce qui ne l'empêche d'avoir des aspects pratiques). Mieux vaut directement utiliser le courant pour l'introduire dans une batterie plutôt que de convertir en hydrogène, pour ensuite reconvertir cet hydrogène en électricité pour le moteur électrique ... Les pertes sont logiquement importantes (conversion de l'énergie qui induit toujours une contrepartie / perte). La différence est qu'on se retrouve avec un carburant "solide" et palpable qu'on peut facilement stocker dans le cas de l'hydrogène.
Vaporeformage ?
D'autres moyens que l'électrolyse existent, à savoir le vaporeformage qui représente la manière la plus économique de produire de l'hydrogène (c'est 95%, à savoir tout le reste de la production).
Capacité de stockage, autonomie
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Il faut une bonbonne / un réservoir pressurisé de haute capacité (et très hermétique pour ne pas laisser échapper l'atome le plus petit de l'univers ! C'est très technique) d'environ 130kg ainsi qu'une pile à combustible pour l'hydrogène de 100 kg et une batterie tampon, à savoir un total d'environ 250 kg (dépend ensuite des différents modèles évidemment).
Nous avons alors ici la possibilité de stocker environ 5 kg d'hydrogène, à savoir 155 kWh puisque 1 kg d'hydrogène contient cette énergie. Hélas le rendement de la pile à combustible est à peine de 50%, on ne peut donc exploiter qu'environ 75 kWh.
Mais le fait est là, l'hydrogène est ici meilleur dans le fait qu'il alourdit un peu moins l'auto qu'une batterie au lithium-ion de technologie actuelle.
Vitesse de ravitaillement
De ce point de vue là, l'hydrogène gagne par KO puisqu'il est très rapide de transférer un fluide dans un réservoir, bien qu'ici on manipule un produit volatile, extrêmement dangereux (très inflammable) et sous une pression importante (350 à 700 bars dans le réservoir). Il suffit de 5 minutes, le même temps qu'avec votre thermique.
Mais attention, la vitesse de charge devient aujourd'hui très rapide sur les véhicules électriques, avec des charges à 250 kW (permet de charger 250 kWh par heure) bien que la zone 75 à 100% de la batterie ne soit pas accessible aux fortes charges (il faut idéalement prendre une batterie à peu près 30% supérieure à ses besoins, ce qui n'existe pas encore).
On peut alors obtenir près de 350 km d'autonomie en un quart d'heure.
Au global l'hydrogène prend l'ascendant mais d'une courte tête, les prochaines générations de batteries rendent très risqué le pari de l'hydrogène pour la voiture particulière.
Autonomie ?
Du point de vue de l'autonomie, on est à peu près sur les mêmes valeurs qu'avec l'électrique. Un réservoir classique de voiture à hydrogène permet de mettre 5 kg de H2, à savoir 155 kWh environ. Hélas, comme le rendement est à peu près de 50%, on tombe à environ 75 kWh disponibles ... 75 kWh est plutôt bien pour une voiture électrique, mais aujourd'hui ça devient commun. Donc on peut presque parler d'égalité sur l'aspect de l'autonomie.
Stokage énergétique
Beaucoup de courant est perdu depuis les centrales, panneaux solaires et éoliennes qui produisent du jus pour rien à certains moments. Cette énergie pourrait alors être utilisée dans l'électrolyse de l'eau afin d'obtenir le fameux carburant : l'hydrogène. Stocker l'électricité par l'hydrogène, bien que ce soit technique, est une solution largement à la hauteur d'une gigafactory au lithium. Toute éolienne ou panneau solaire qui n'est pas utilisé à un moment pourra générer de l'hydrogène. Mais c'est hélas un idéal qui ne risque pas d'être développé à grande échelle tellement les quantités de cuivre nécessaires seraient importantes (éoliennes). A voir avec les panneaux solaires, mais ils produisent 5 fois plus de CO2 (bilan global) par rapport à l'éolien.
La fabrication d'hydrogène, malgré un rendement moins intéressant, permet de stocker une bonne partie de l'énergie perdue par les moyens de production actuels.
Aménagement des stations services existantes
Il est très facile de deviner que la réhabilitation des stations services en stations à hydrogène serait bien plus coûteuse (et forcément polluant) à produire. L'installation et l'appareillage nécessaires à ce déploiement seraient bien plus importants et contraignants vis à vis de quelques armoires électriques, une interface utilisateur et un câble destinés à recharger les voitures électriques ... Tesla a même développé un réseau relativement dense de ravitaillement à moindre coût.
Coût à l'utilisation
Si l'hydrogène devient un carburant, on peut être assuré qu'il sera surtaxé et donc vendu à des prix prohibitifs ... L'électrique garantit donc une tarification qui restera modeste pour encore un bon bout de temps (au domicile des particuliers en tout cas).
Sécurité
De ce point de vue, on peut estimer que les deux systèmes seront aussi sécuritaires l'un que l'autre. En effet, les normes et tests en amont permettront de rendre les deux technologies aussi sures en cas de crash. On notera toutefois derrière cet idéal des cas d'auto-combustion de voitures électriques au lithium, notamment Tesla.
Mais ces cas sont extrêmement rares et les nombreux crash (car il y en a eu quelques uns depuis le temps) ont révélé que ça se passait plutôt très bien.
Le problème du côté de l'hydrogène serait plutôt au niveau de sa pile à combustible, car je ne doute pas une seconde de la solidité largement suffisante des réservoirs sous pression accueillant le précieux gaz. Le pire des imprévus ne permettrait pas sa rupture.
Pollution
C'est sans doute l'aspect le plus plus "velu" de l'équation ... Et je doute même que les experts les plus qualifiés ne puissent pas l'évaluer parfaitement.
Pour comparer il faut penser à tout cela :
- Coût environnementale de la fabrication des deux types de batteries sur l'ensemble de la chaîne. La pile à combustible comme l'accumulateur lithium-ion sachant qu'il existe différentes variantes qui changent la donne pour chacune d'entre elles
- Pollution liée au recyclage qui nécessite de l'énergie et rejette des éléments. Sans oublier la facilité à mettre en oeuvre. Ne pas omettre non plus le coût, car même si c'est facile, l'Homme ne recyclera pas si c'est trop onéreux (l'argent est hélas un paramètre aussi important que les problématiques techniques et physiques)
- Rendement énergétique vu dans le premier paragraphe, incluant ici plus de paramètres comme par exemple le surpoids lié à la technologie embarquée etc.
- Durée de vie des éléments constituant l'accumulation de l'énergie (bien différents dans les deux cas)
- Eventuelle consommation d'eau mal venue de la production d'hydrogène par pyrolyse, ou même pour l'extraction liée aux batteries au lithium
- Pollution liée au réseau de ravitaillement (manière plus ou moins énergivore de ravitailler et faire circuler l'énergie)
- Pollution et nuisances liées à l'aménagement du territoire (ex : stations plus imposantes pour l'hydrogène)
- La durée de vie des polluants émis
- Risque d'obsolescence qui risquerait de rendre non viable toute une industrie et son réseau de ravitaillement (possible avec les deux technologies), ce qui induirait un gâchis très mal venu en cette période
L'ambition de comparer ces deux technologies est donc trop importante pour en faire une synthèse parlante ici.
Bilan
Bien qu'il ne faille jamais vendre la peau de l'ours, il semble que la technologie à hydrogène ne soit pas forcément plus intéressante que le lithium pour animer nos voitures. Toutefois, cette énergie semble tout de même proposer suffisamment d'avantages pour venir s'insérer dans le vaste éventail du mix énergétique actuel. On peut alors imaginer une utilisation qui concernerait peut-être plutôt des engins de plus grande envergure, comme les transports en commun. Il n'y aurait alors pas besoin de développer un ruineux réseaux de distribution dotés de dizaines de milliers de stations à hydrogène. Ne ravitailler que les transports publics est déjà bien plus portée. Bien entendu, ce carburant est une source d'énergie qui peut servir à bien d'autres choses que le transport. Et si certaines marques semblent miser en partie sur l'hydrogène, il n'y a absolument rien de garanti pour le moment. Si si ils le font, c'est avant tout pour être certain d'être à la page si cette énergie se popularisait. Avoir des modèles tout près et une première expérience industrielle sur la fabrication de ce genre de modèle est un atout dans le cas où cette technologie percerait. Les constructeurs ne veulent plus se faire avoir, comme ç a été un peu le cas avec Tesla (Renault avait quand même bien intuité en démarrant assez tôt ..) et son pari de l'électrique (qui semble définitivement propulsé, bien que l'avenir nous réserve peut-être des surprises ...).
Et pour finir, sachez que Musk ne croit pas à l'hydrogène.
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