Voiture à hydrogène ou électrique ? Il est temps de clarifier

Voiture électrique, à hydrogène, hydrogène sur batterie ? Les termes employés

Quand on parle aujourd’hui de voiture à hydrogène, on désigne une sorte de véhicule électrique. En effet, ce type de véhicule utilise l’hydrogène pour alimenter un moteur qui n’est autre qu’électrique. De plus, chez Renault Group, les solutions explorées intègrent à la fois une batterie rechargeable sur secteur et un réservoir à hydrogène avec pile à combustible. Dans le langage courant cependant, « voiture électrique » désigne souvent une voiture qui ne fonctionne que sur batterie, et « voiture à hydrogène » sert d’appellation pour les véhicules avec un réservoir à hydrogène intégré, en plus de la batterie. 

Principes et avantages des voitures à pile à combustible à hydrogène

Une voiture à pile à combustible à hydrogène utilise le dihydrogène en tant que carburant. La pile à combustible est alimentée avec cet hydrogène ainsi qu’avec l’oxygène de l’air ambiant. Ces gaz, mis en contact dans la pile, subissent une réaction électrochimique qui produit un courant électrique, de la chaleur, ainsi que de la vapeur d’eau. Le courant ainsi généré alimente un moteur électrique qui sert à la propulsion du véhicule. 

De par son principe, cette technologie recèle de nombreux avantages. En premier lieu, ce véhicule n’émet que de la vapeur d’eau en guise de gaz d’échappement. On classe les véhicules à hydrogène parmi les voitures à faible émission, puisque ni polluants atmosphériques ni dioxyde de carbone (CO2) ne sont rejetés pendant la phase de roulage*. Par ailleurs, le rendement des moteurs électriques combinés à une pile à combustible est particulièrement élevé, ce qui induit une consommation d’énergie bien moindre qu’avec une voiture thermique. De plus, faire le plein d’hydrogène ne prend que trois à cinq minutes – soit pas plus que de faire le plein d’essence avec un modèle thermique – pour retrouver une autonomie de plusieurs centaines de kilomètres. Autre avantage, le principe du moteur à propulsion électrique, avec son excellent couple, offre au conducteur un comportement routier à la fois souple et dynamique. 

Dans les solutions expérimentées par Renault Group, l’alimentation par hydrogène ne remplace pas la batterie, elle s’y ajoute. Le démocar Renault Emblème dispose ainsi d’une motorisation électrique bi-énergie alimentée par une batterie rechargeable, suffisante pour le quotidien, et par une pile à combustible à hydrogène pour les longs trajets. Cette configuration permet d'effectuer un trajet jusqu’à 1 000 km sans recharge électrique, avec simplement deux pleins d’hydrogène de moins de cinq minutes chacun.  

Principes et avantages des voitures 100% électriques 

Dans un véhicule 100% électrique, l’énergie électrique n’est pas produite par une pile à combustible, mais stockée dans une batterie après recharge sur une alimentation électrique, que ce soit une borne sur la voie publique ou une prise dans un lieu privé. Le moteur électrique reçoit le courant ainsi accumulé, ce qui lui permet de propulser le véhicule. En complément, le moteur électrique reçoit aussi du courant récupéré grâce à ses propriétés d’inversion, chaque décélération ou freinage générant de l’énergie retransformée en électricité. 

La voiture 100 % électrique ne dégage aucun gaz d’échappement : son roulage est décarboné et n’émet pas de particules polluantes*. Le rendement du moteur électrique reste par ailleurs trois à quatre fois supérieur à celui d’un moteur thermique équivalent, offrant une consommation maîtrisée et une puissance importante. Enfin, ces voitures ont l’avantage de disposer d’un nombre croissant d’infrastructures pour leur recharge, que ce soit sur autoroute, en ville, ou à domicile avec l’installation des bornes de recharge murale par exemple. 

L’hydrogène, une technologie sûre

La nécessité de maintenir l’hydrogène sous haute pression implique la présence de dispositifs de sécurité avancés à bord des véhicules. Ils embarquent des matériaux de très haute qualité afin que la circulation du gaz se fasse de manière sûre. Des circuits d’évacuation d’urgence du dihydrogène ainsi que des composants de protection empêchent les chocs ou les potentielles fuites de provoquer des accidents. Les véhicules à l’étude chez Renault Group disposeraient par exemple d’un système qui détend et disperse l’hydrogène en moins d’une minute, un gage de sécurité supplémentaire sur ces modèles certifiés « zéro risque » en regard de la réglementation européenne (CE) n° 79/2009. L’assurance de rouler aussi tranquille que dans un véhicule thermique, hybride ou électrique à batterie. 

La maturité de la voiture électrique

Les technologies à l’œuvre sur les voitures électriques et les véhicules à hydrogène n’en sont pas au même stade de leur développement. Le principe des moteurs électriques pour la propulsion remonte aux premiers temps de l’automobile. La production en série de ce type de véhicule électrique a démarré dès les années 1990. Au fil du temps, l’amélioration des infrastructures de recharge et l’autonomie croissante des batteries ont permis l’essor des véhicules électriques. En 2024, ils représentent 13,6% des ventes en Europe ***. En revanche, il a fallu attendre les années 2010 pour que des voitures électriques « à hydrogène », dotées d’une pile à combustible, soient conçues.  Aujourd’hui, Renault Group explore des solutions hydrogène pour des voitures de course telles qu’Alpenglow, des véhicules passagers tels que Renault Emblème, ainsi que des véhicules utilitaires. 

Électrique ou hydrogène : quid du stockage d’énergie ?

Les voitures électriques fonctionnent uniquement sur batterie. Le stockage de l’électricité se fait directement dans la voiture, au niveau de la batterie de traction. Le « plein » de ce type de véhicule est effectué par une recharge. Celle-ci utilise tout simplement le courant du réseau, via des bornes de recharge que l’on trouve de plus en plus facilement dans l’espace public ou via des prises dans les lieux privés comme à domicile. 

En matière de stockage d’énergie, la voiture à pile à combustible à hydrogène impose une logique très différente puisqu’il s’agit de mettre à disposition du dihydrogène et non de l’électricité du réseau. Avant de remplir le réservoir du véhicule, le dihydrogène doit donc être stocké. Cela représente un défi en soi, car l’élément chimique étant extrêmement léger, près de 11 m3 sont nécessaires pour en stocker un kilo. Les ingénieurs ont donc développé différentes techniques pour réduire ce volume et faciliter le transport et l’entreposage du dihydrogène. Deux procédés sont principalement utilisés : soit l’augmentation de la pression du réservoir, qui « compresse » le gaz dans un espace plus étroit, soit la liquéfaction de l’hydrogène dans un contenant à très basse température, pour un même résultat en matière d’encombrement. 

Électrique ou hydrogène : comparatif des émissions de CO2

Concernant leurs émissions au roulage, les voitures électriques à batterie et les véhicules à pile à combustible à hydrogène ne génèrent aucune émission de CO2 à l’échappement. Cependant, le calcul global de leur taux d’émission de CO2 doit s’effectuer sur l’ensemble de leur cycle de vie, c’est-à-dire de la conception du véhicule à son recyclage, et doit prendre en compte la manière avec laquelle l’énergie du véhicule se transforme en « mobilité ». 

De ce fait, c’est la méthode utilisée pour produire l’énergie qui les propulse qui explique en très grande partie leur faible empreinte carbone. Si le réseau électrique est alimenté par des centrales bas carbone, (nucléaires, énergies renouvelables comme l’éolien, hydroélectriques ou solaires), alors le cycle de vie de la voiture électrique sera vertueux du point de vue environnemental. On calcule donc l’empreinte carbone des véhicules électriques à partir du mix énergétique des pays où ils sont rechargés. Dans de nombreux pays d’Europe comme par exemple en Allemagne, où la production d’électricité à partir d’énergie renouvelable augmente à un rythme soutenu, une voiture électrique verra son empreinte carbone baisser au fur et à mesure de l’augmentation de la part de ces énergies dans le mix énergétique. A contrario, les trajets du conducteur d’un véhicule thermique auront toujours la même empreinte carbone dans le temps ou quel que soit le périmètre géographique. 

Pour les voitures à pile à combustible à hydrogène, la production d’énergie électrique s’effectue sans émission au sein du véhicule, à partir de l’hydrogène embarqué. C’est la production d’hydrogène qui peut générer des émissions de CO2 associées à ce type de véhicule. L’hydrogène est rare à l’état naturel sur terre. Jusqu’à présent, la technique la plus simple pour en produire consiste à reformer, par transformation chimique, du gaz naturel pour en extraire la molécule de dihydrogène. Cela peut occasionner des émissions carbonées plus importantes que lors de la production d’électricité via des énergies renouvelables. 

Cependant, il existe des moyens de produire de l’hydrogène bas-carbone, en particulier grâce à l’électrolyse de l’eau : c’est le principe des piles… en « inversé » ! L’électrolyse produit des molécules de dihydrogène, ce qui nécessite de l’électricité. Si cette électricité est bas carbone (produite à partir de l’éolien, du photovoltaïque, etc.), alors on parle  « d’hydrogène vert » - une solution d’avenir pour rendre ce mode de propulsion encore plus vertueux ! 

Électrique ou hydrogène : pourquoi pas les deux ?

Si le développement de la voiture à hydrogène est plus récent que celui du véhicule électrique à batterie, les deux technologies pourront offrir des approches complémentaires, pour des usages différents. L’électrique sur batterie continue d’être le meilleur compromis pour les particuliers en l’état actuel des choses. L’hydrogène pourrait être adapté aux flottes d’entreprises ou aux professionnels, mais cela suppose le développement d’une infrastructure de recharge.  

Ainsi, le démocar Renault Emblème dispose d’une motorisation électrique bi-énergie alimentée par une batterie rechargeable, suffisante pour le quotidien, et par une pile à combustible à hydrogène pour les longs trajets. Cette configuration permet d'effectuer un trajet jusqu’à 1 000 km sans recharge électrique avec simplement deux pleins d’hydrogène de moins de cinq minutes chacun. Et d’atteindre un objectif inédit de réduction de l’empreinte carbone de 90% par rapport à un Captur thermique 2019. 

Les technologies hydrogène et électrique sur batterie se complètent bien plus qu’elles ne s’opposent, et profitent à un gagnant : le conducteur ! 

* Ni émissions de CO2 ni polluants atmosphériques réglementés lors de la conduite, hors pièces d’usure

** : Autonomie WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure), cycle normalisé : 57 % de trajets urbains, 25 % de trajets périurbains, 18 % de trajets sur autoroute)

*** source : ACEA