Hydrogène : On En Est Où?

Hydrogène : On En Est Où?

Juin 2021. L’Agence internationale de l’énergie,  dans une démarche dite zéro émission de carbone   préconisait la fin du moteur à combustion interne  à l’horizon 2035. C’est que, inutile de le cacher   : la combustion de quelque carburant de sources  pétrolière ou issu de biomasse, rejette du CO2.

Cette recommandation, reprise  mot à mot par l’Union européenne,   aboutissait un mois plus tard à un projet de loi  contraignant tous les constructeurs automobiles à   une réduction des émissions de CO2 abaissée  à 0% sur l’ensemble de leur gamme en 2035. 

Un an plus tard, début juin 2022, on apprenait que  le parlement européen ratifiait ce projet de loi.  Dans l’état actuel des choses, cela indique  donc et de facto la fin de la vente des voitures   neuves à moteurs essence, diesel, hybride,  GPL ou à biocarburant à l’horizon 2035. 

L’option restante venant la plus communément et  la plus naturellement à l’esprit est, de fait,   le véhicule à motorisation 100% électrique. Dépourvu de tout système engendrant une   combustion, ses émissions directes  en carbone sont donc nulles.  Mais, parmi ses faiblesses, deux d’entre elles,  et sur laquelle butent les ingénieurs depuis la  

Création de ce mode de propulsion à la fin du XIXè  siècle est aujourd’hui encore d’actualité : sa   faible autonomie, conséquence d’une densité  énergétique des batteries bien éloignée de   celle des carburants pétroliers, ainsi que ses  temps de recharge très supérieurs à ceux d’un  

Remplissage de réservoir de carburant liquide. Pour pallier ces limitations, une alternative à   la traction électrique, refait surface depuis  quelques jours. Il s’agit de l’hydrogène.  Rejets dénués de tout composés carbonés, autonomie  au moins égale à celle d’un véhicule électrique,   elle propose à l’inverse des temps  de recharge équivalents à ceux connus  

Sur les voitures fonctionnant au pétrole. Autant d’avantages que défendent aujourd’hui   ses principaux défenseurs.  Et au premier rang desquels,   le premier constructeur au monde, Toyota. Qui rappelle également qu’à l’inverse des   lourdes et volumineuses batteries des voitures  à traction 100% électrique, la technologie à  

Hydrogène permettrait une réduction significative  du besoin sur les ressources naturelles limitées   que sont le lithium et le nickel. Autodoc  Penchons-nous maintenant sur le  fonctionnement d’un véhicule à hydrogène.  Les autos utilisant ce carburant sont  équipées pour la plupart de systèmes  

Connus sous le nom de piles à combustible. La pile à combustible est, comme son nom   l’indique, un générateur d’électricité. Son principe de fonctionnement repose sur   une réaction chimique simple : la combinaison  de molécules de dioxygène et de dihydrogène.  2 H2 + O2 → 2 H2O 2 électrodes sont séparées  

Par une membrane. Du côté de l’anode ou borne  négative le combustible, en l’occurrence le   dihydrogène est introduit sous forme de gaz. Au niveau de l’anode les électrons   sont séparés des protons. ( .) Ce flux d’électrons est à l’origine   de la production d’électricité  sous forme de courant continu. 

Les protons de leur côté passent à travers  la membrane constituée par l’anode pour   ensuite atteindre la cathode ou borne positive. Du côté de la cathode, est introduit le comburant,   ou dioxygène prélevé dans l’air.  Ce dioxygène se combine alors   avec les protons pour donner de l’eau pure. L’énergie électrique produite est ensuite utilisée  

Pour alimenter des moteurs électriques comme dans  le cas d’une voiture électrique conventionnelle.  Si les rejets de ce type de motorisation  uniquement composés d’eau pure permettent   aux véhicules dotés de pile à combustible de  concurrencer les véhicules 100% électriques sur  

Le terrain du 0 carbone, la vitesse de remplissage  du réservoir de carburant réduite à quelques   minutes amène nombre d’observateurs, dont les  ingénieurs de Toyota, à prédire l’explosion de   cette technologie dans les années qui viennent. Et pourtant, il faut bien se rendre à  

L’évidence : l’hydrogène comme vecteur d’énergie  en remplacement des carburants fossiles et   même comme concurrent d’une voiture électrique,  option pourtant aujourd’hui peu viable, est une   option non valide. Vous allez voir pourquoi. Un bilan énergétique à la traine La définition du rendement énergétique  

Est la suivante : il s’agit du rapport entre  l’énergie consommée et l’énergie utile.  Au-delà de la consommation d’énergie  d’un véhicule durant son fonctionnement,   il est utile, pour se faire une idée précise  du réel bilan énergétique associé à chaque   type de motorisation de calculer les pertes  d’énergie de l’ensemble de la chaine depuis la  

Production jusqu’à la consommation de celle-ci. Penchons-nous tout d’abord sur la plus ancienne   d’entre elles, le véhicule à combustion  interne fonctionnant aux dérivés pétroliers.  L’ensemble de la chaine de production et de  distribution du pétrole incluant les forages,   pompages, raffinages ainsi  que les différents transports  

Présente un rendement énergétique de 80%. Viennent ensuite les pertes engendrées par la   motorisation. Les moteurs à combustion interne  les plus efficients disponibles aujourd’hui   en concession, en un mot les diesels les plus  modernes, possèdent un rendement égalant 40%.  Le rendement énergétique global depuis le  puits de production jusqu’à la sortie du  

Vilebrequin est donc de 32%. 2è technologie : le   véhicule électrique à batteries. Il faut tout d’abord savoir que le rendement   énergétique varie en fonction des technologies  employées pour fabriquer l’électricité.  Selon les chiffres publiés par EDF ainsi  que l’agence internationale de l’énergie,  

Les rendements de chaque type de centrale  de production sont les suivants :  • 33% pour une centrale nucléaire • 50% pour une éolienne  • 15,5% pour le solaire • 75% dans le cas de centrales hydroélectriques  • Près de 39% pour les centrales  fonctionnant au charbon, au fuel ou au gaz 

• Et enfin 25% pour une production  d’énergie à base de biomasse  Le mix énergétique de la production d’électricité  en France en 2022 se décomposait comme suit :  • 67% d’énergie d’origine nucléaire • 8% en provenance des éoliennes  • 3% pour le solaire • 13% d’électricité  

Produite dans des centrales hydroélectriques • 7% de production issue de centrales thermiques  • Et enfin 2% de production  électrique à base de biomasse  Le mix énergétique mondial était le suivant : • 10,3% d’énergie d’origine nucléaire  • 5,3% en provenance des éoliennes • 2,5% pour le solaire 

• 16% d’électricité produite dans  des centrales hydroélectriques  • 62,9% de production issue  de centrales thermiques  • Et enfin 3% de production électrique  à base de biomasse et de géothermie  Les rendements globaux de la production  d’électricité sont donc les suivants :  • 39,53% pour le France • 43,53% à l’échelle mondiale 

Il faut ensuite retrancher les pertes dues au  transport de l’électricité dans le réseau. Selon   les chiffres communiqués par le gestionnaire  de réseau de transport d’électricité français,   RTE celles-ci tournent autour de 2%. Une fois l’électricité disponible à la borne,   il faut ensuite compter des niveaux de pertes  avoisinant 8% durant la phase de recharge. 

Il convient maintenant de retrancher  les pertes dues au fonctionnement du   moteur électrique embarqué. Elles s’élèvent à 5%. Il convient maintenant et à l’inverse d’ajouter à   ces chiffres le pourcentage d’énergie récupéré  par le véhicule lors des phases de freinage ou  

De descente. La plupart des estimations tournant  autour de 15%, nous retiendrons donc cette valeur.  Finalement, le rendement énergétique global  du véhicule électrique est donc le suivant :  – 38,94% en France – 42,88% sur le plan mondial  Penchons-nous maintenant sur le cas  du véhicule à pile à combustible  

Et donc de l’exploitation de l’hydrogène. Il faut savoir que si ce gaz est le plus abondant   dans l’univers, il n’est malheureusement que peu  présent à l’état pur dans la nature. Il est donc   nécessaire de l’extraire d’autres éléments  tels que les ressources fossiles ou l’eau. 

Les 2 solutions applicables sont les suivantes : – Première solution le reformage de   gaz ou de pétrole ou encore la  gazéification de charbon ou de bois.  – L’électrolyse de l’eau Dans l’un ou l’autre cas, le procédé   possède un rendement tournant autour de 70%. Les pertes énergétiques induites par la  

Compression et le transport du  gaz produit représentent 10%.  Une fois l’hydrogène dans le véhicule, il  faut savoir que le rendement de la pile à   combustible est loin d’être élevé. En  effet, seul 50% de l’énergie apportée   est restituée sous forme d’électricité. Le courant produit étant de type continu,  

Pour alimenter les moteurs asynchrones du  véhicule il est nécessaire d’utiliser des   batteries tampons ainsi qu’un onduleur.  Le rendement de cette étape est de 90%.  Reste enfin le rendement du moteur  électrique de l’ordre de 95%.  L’ensemble de la chaine hydrogène d’une voiture  à hydrogène aboutit donc au rendement global  

De 27%. On notera qu’un rapport de l’ADEME daté  de Janvier 2020 arrive également à ce résultat.  Nombre de voitures équipées de piles à  combustible embarquent également un système   de récupération d’énergie au freinage.  Nous utiliserons la même valeur de 15%   de bonus qu’employée pour la voiture à batteries. 

Dans ce cas, le rendement global,  certes amélioré, ne plafonne qu’à 31%. Comparé aux solutions existantes sur le marché,  la voiture à hydrogène arrive donc bonne dernière   en termes de rendement énergétique. Pire, non  seulement bien devancée par l’antique diesel, elle   se fait supplanter de plus de  15% par le véhicule électrique  

Fonctionnant sur batteries. Des problèmes de poids  Embarquant de l’hydrogène compressé aux alentours  de 700 bars, la Toyota Mirai, l’un des seuls   véhicules à pile à combustible vendu en concession  en 2024 dispose d’un ensemble de réservoirs   pouvant recevoir 5,6 kg de carburant au total. Avec une consommation moyenne annoncée légèrement  

Supérieure à 1kg pour 100 kilomètres,  l’autonomie est donc proche de 450 km.  Pour une autonomie équivalente, une berline  de taille comparable telle que la BMW 520i,   consommant autour de 6l /100 en  parcours mixte demanderait donc   27l d’essence soit 19 kg de carburant. L’avantage sur ce point semble donc  

Revenir au véhicule à hydrogène.  Mais rappelez-vous la densité très   faible du gaz oblige à le comprimer fortement. Le résultat est le suivant : le ou les réservoirs   de faible capacité nécessitent une construction  infiniment plus robuste que les simples cuves en  

Métal ou polymères utilisées pour les voitures  fonctionnant au sans plomb ou au gazole.  A titre d’exemple, la masse additionnée des  réservoirs de la Mirai atteint pas moins de 88 kg   pour une capacité de transport globale de 5,6 kg. Soit bien plus au total que la masse du  

Réservoir de carburant en plastique de la BMW  précitée additionnée des 19 kg de carburant   nécessaire au parcours des 450 km. Mais ce n’est pas tout. Les risques   d’inflammabilité de l’hydrogène en cas d’accident  ou de fuite sont sans commune mesure avec ceux  

Des carburants traditionnels. L’utilisation en  milieu confiné présente en effet de réels dangers.  C’est la raison pour laquelle non seulement le  réservoir mais aussi les parties du véhicule qui   l’entourent doivent être sévèrement renforcés  pour éviter toute fuite en cas de collision.  Ces innombrables renforts ont pour effet  d’alourdir copieusement le véhicule. Ainsi  

La Toyota Mirai affiche une peu glorieuse  valeur de 1.9 tonnes sur la balance pour   des performances tout-à-fait quelconques. A titre de comparaison, la BMW 520i déjà citée,   sensiblement plus performante, embarque 300  kg de moins que sa concurrente japonaise.  Rappelons qu’en automobile  le poids c’est l’ennemi. 

L’un des effets délétères de l’embonpoint d’un  véhicule est le suivant : une résistance au   roulement des pneus en hausse. Et avec elles des émissions de   particules issues des pneus explosant. Emettant près de 2000 fois plus de   particules que les pots d’échappement  des voitures thermiques, l’usure des  

Pneus est aujourd’hui la deuxième source de  pollution par microparticules dans les océans.  Le véhicule fonctionnant à l’hydrogène reprenant  les mêmes types de pneus que le véhicule thermique   mais pesant plus lourd que ce dernier ne permet  donc pas de régler ce problème, bien au contraire. 

Un bilan écologique discutable 2022 : les ministres français de   l’économie et de la transition écologique  d’alors annoncent en grande pompe débloquer   7 milliards d’Euros d’argent public en faveur  d’un plan dénommé « stratégie nationale pour le   développement de l’hydrogène décarboné en France». Seulement voilà, dans leurs lubies collectives,  

Une fois de plus, les apparatchiks français et  européens oubliaient cette célèbre maxime : Une   idéologie est un système de pensée cohérent  avec lui-même mais non avec la réalité.  Une visualisation de l’hydrogène à l’échelle  atomique le confirme. Formé d’un seul   proton, de numéro atomique 1, l’atome d’hydrogène  est le plus petit connu dans l’univers. 

La molécule de dihydrogène, comporte 2 atomes  d’hydrogène dont la liaison, dite covalente,   est due à un partage d’électron. Cette molécule,  est, de fait, l’une des plus petites connues.  Cette propriété a l’effet suivant : quelles  que soient les conditions de son stockage  

Et de son transport, à moyen ou long terme,  les fuites de dihydrogène sont inévitables. Bien que considéré inoffensif pour l’homme,   ce gaz ne l’est malheureusement pas  pour l’environnement. Et loin s’en faut.  Le 1er problème est dû à sa forte  persistance. Sa durée de vie, longue,  

Lui permet, lors de sa libération dans l’air  d’atteindre la stratosphère. A cette altitude,   il rencontre des radicaux hydroxyles avec lesquels  il réagit. Il se produit alors la libération   d’hydrogène et d’eau sous forme de vapeur. Problème : lorsque l’on recense les gaz  

À effet de serre, on constate que la vapeur  d’eau est celui qui vient largement en tête.  Mais il y a pire : à altitude moindre et en  temps normal, les radicaux hydroxyles réagissent   naturellement avec le méthane (CH4) ainsi qu’avec  d’autres corps tels que le CO ou les NOx. Cette  

Réaction naturelle permet de réguler le volume  de ces derniers et donc de limiter la production   d’ozone troposphérique. Il est important  de comprendre que l’ozone troposphérique   est également un gaz à effet de serre. Le déficit en radicaux hydroxyles ayant   réagi avec le dihydrogène issu des inéluctables  fuites de ce gaz dans l’atmosphère amène de  

Nombreux scientifiques à la conclusion suivante  : à l’issue du processus de remplacement des   énergies fossiles par le dihydrogène, une  augmentation des températures planétaires   par effet de serre devrait être observé. Un rapport issu de l’ONG Environmental Defense   Fund et datant de février 2022 chiffrait  celles-ci. On y apprenait que les fuites  

Engendrées par cette technologie pourraient,  à elles seules, être responsable d’une hausse   globale des températures atteignant  1/3 de degrés dans le pire des cas.  Mais ce n’est pas fini : rappelez-vous,  l’hydrogène possède la molécule la plus petite   et la plus légère de l’univers connu. Du coup sa  densité est extrêmement basse. A titre d’exemple  

Une masse de 5 kg d’hydrogène à pression ambiante  occupe un volume de plus de 50 000 litres.  Si des projets peu aboutis de stockage d’hydrogène  sous forme de poudre sont certes régulièrement   relayés par la presse depuis une bonne dizaine  d’années, il faut se rendre à l’évidence : le  

Seul moyen valide et industriellement rentable de  stocker l’hydrogène efficacement est de le garder   sous forme gazeuse et de le comprimer fortement.  Cette technologie, associée aux différentes phases   de production et de transfert, demande de fortes  quantités d’énergie. Si l’utilisation d’énergies   dites renouvelables est souvent présentée  comme une solution acceptable à ce problème,  

La réalité est différente. En effet, hors quelques  cas localisés tels que la Norvège, la plupart   des pays industrialisés incluant le Japon, les  Pays-Bas, la Chine ou les Etats-Unis utilisent   très majoritairement des énergies fossiles  charbon en tête, pour produire leur électricité.  Selon les derniers chiffres disponibles,  en 2022, les centrales alimentées par des  

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