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Alternatives au moteur thermique : les voitures à hydrogène sont-elles viables ?

22 Jul, 2020
Alternatives au moteur thermique : les voitures à hydrogène sont-elles viables ?

Hormis les fonctionnalités qui ont révolutionné l’automobile, on note du mouvement en matière de motorisation malgré la prédominance des moteurs thermiques. Les véhicules équipés de ces moteurs à combustion (gasoil ou essence) représentent de loin plus de la moitié des parts du marché de l’industrie. Cette situation n’est pas étonnante, car ces véhicules sont actuellement les seuls qui satisfont aux exigences économiques et techniques des consommateurs. Toutefois, l’inconvénient des voitures thermiques est qu’elles émettent beaucoup de gaz à effet de serre, très dangereux pour l’environnement. Aujourd’hui, il existe des alternatives à ces véhicules, parmi lesquelles les modèles à hydrogène. Mais alors, sont-ils viables ?

Hybride et électrique : alternatives écologiques, mais très limitées

Les voitures hybrides font partie des véhicules qui ont été conçus pour réduire les émissions des gaz à effets de serre. Fonctionnant avec les énergies fossiles et l’énergie électrique, ces véhicules posent un sérieux problème d’autonomie. Ils sont donc moins compétitifs que les voitures à moteur classiques.   

Les voitures électriques affichent aussi des limites en matière d’autonomie. Ces véhicules ont le mérite d’avoir un taux d’émission de gaz à effet de serre nul. Ils présentent néanmoins le problème de la longue recharge électrique. Certaines automobiles nécessitent plus de 2 heures pour effectuer une recharge pas souvent complète. En outre, les points de recharge ne sont pas assez présents. Cette situation décourage les consommateurs désireux d’essayer l’électrique.

Le problème de la source d’énergie

Il se pose également le problème de la nature de l’énergie primaire. En effet, l’énergie électrique est une énergie secondaire. Il faut la générer, car elle n’existe pas dans la nature. Pour ce faire, il faut une autre source d’énergie primaire. Dans le cas où il s’agirait des énergies fossiles, les émissions des gaz à effet de serre vont persister. L’électrique n’aura pas favorisé la réduction du taux d’émission de ces gaz. S‘il s’agit de l’énergie nucléaire, les déchets qui en résulteront seront alors très dangereux pour la planète tout entière. Ces inconvénients nous amènent à nous intéresser un peu plus aux véhicules à hydrogène.

Hydrogène : une option efficace et plus énergétique

Les moteurs à hydrogène peuvent s’avérer plus efficaces que les moteurs thermiques. Les moteurs à hydrogène peuvent atteindre des rendements d’environ 40 % comparés à ceux des moteurs à combustion interne, qui peuvent se chiffrer entre 20 à 30 % environ. En d’autres termes, l’extraction de l’énergie ou la transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique est moins incomplète avec l’hydrogène qu’avec le carburant. Cette donnée est vraie uniquement lorsque le moteur fonctionne à bas régime. En haut régime, c’est le moteur à combustion interne qui est plus efficace.

L’hydrogène est plus énergétique que les énergies fossiles (carburant). En effet, 1 kg d’hydrogène libère pratiquement 3 fois plus d’énergie qu’un kilogramme d’essence. En plus, l’hydrogène est inodore, incolore, insipide et non corrosif, contrairement aux différents carburants.

Avantages sur le plan écologique

Sur le plan écologique, l’hydrogène est de loin meilleur que le carburant. Son principal produit de combustion est la vapeur d’eau qui ne nuit en rien, la santé des écosystèmes. Il ne libère pas les gaz toxiques et à effet de serre tels que les hydrocarbures imbrulés, le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO2), le dioxyde de soufre (SO2), les acides organiques, etc.

L’inflammabilité de l’hydrogène dans l’air est très étendue et se trouve dans l’intervalle allant de 4 % à 75 % en volume. Cette caractéristique lui confère une très large gamme de possibilités de mélange air-carburant (hydrogène dans ce cas). Par conséquent, même les mélanges dits pauvres peuvent toujours fonctionner. Ainsi, les économies de carburants sont réalisables, les réactions de combustion de plus en plus en plus complètes. La température de combustion est plus faible (une faible quantité d’énergie peut la déclencher), l’allumage est rapide et la quantité d’éléments polluants est davantage réduite. Le moteur à hydrogène n’a pas de problème de vaporisation insuffisante comme c’est le cas avec les moteurs thermiques.

Toutefois, il existe des inconvénients relatifs à l’utilisation des automobiles à hydrogène.

Le problème de volatilité du gaz

Le large domaine d’inflammabilité dans l’air de l’hydrogène est certes un avantage, mais également un inconvénient. En fait, il peut très facilement s’enflammer au contact de l’air. À cela, il faut ajouter que l’hydrogène est gaz très volatile. Ceci pose alors le problème lié à la dangerosité de sa conservation. L’hydrogène est un gaz très explosif à l’air confiné et non à l’air libre. S’il est très comprimé dans un véhicule, le risque d’auto-inflammation est très élevé. L’hydrogène est également un gaz très léger. Il occupe donc beaucoup de place dans un réservoir. Par exemple, lorsqu’il est comprimé à 700 bars (unité de pression), 4,6 litres d’hydrogène produisent une quantité d’énergie équivalente ou égale à celle que produirait un seul litre d’essence.

Problèmes liés à la production de l’hydrogène

Le transport et le stockage de l’hydrogène s’avèrent alors compliqués sous forme de gaz. Par ailleurs, les matériaux de sa conservation qui existent aujourd’hui sont à des coûts très élevés. La conception des réservoirs surs, compacts, permettant une autonomie relativement élevée demande encore des avancées technologiques remarquables.

L’hydrogène est fortement abondant dans la nature, mais il existe sous forme de dihydrogène (H2). Pour l’obtenir sous sa forme utilisable, c’est-à-dire à l’état pur, il faut procéder par synthèse. Le premier problème est que l’opération nécessite plus d’énergie qu’elle peut en produire. Ensuite, sa production dans les centrales thermiques requiert l’utilisation du charbon, du pétrole, des gaz naturels, qui sont des énergies fossiles. Les gaz à effets de serre sont libérés tout au long du processus de la production d’hydrogène. La seconde difficulté réside dans ce paradoxe.

L’hydrogène est utilisé comme alternative au gasoil ou à l’essence pour réduire les problèmes des émissions des gaz à effet de serre. Or, la production de cet hydrogène produit ces mêmes gaz. Ainsi, les efforts pour la réduction de ces gaz sont réduits à néant ou alors le problème est juste déplacé sans être résolu.

Il ressort de ce qui précède que la motorisation à l’hydrogène apparaît tout de même comme une alternative au système thermique. Néanmoins, cette solution peu conventionnelle est loin d’être parfaite. La marque Hyundai s’est lancée dans la production de camions alimentés par l’hydrogène. Malgré leurs avantages, les véhicules à hydrogène sont encore loin d’offrir une solide alternative aux engins à moteur à combustion interne. 

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