La pile à combustible, appelée également PAC, reste encore méconnue du grand public. Considérée comme un convertisseur d’énergie, elle transforme directement un combustible en énergie, fournissant ainsi de l’électricité, de l’eau et de la chaleur. La pile à hydrogène est une des piles à combustible les plus courantes. Elle utilise l’hydrogène et l’oxygène comme combustibles. En ayant un faible impact environnemental, cette technologie attire les constructeurs automobiles qui cherchent des solutions de mobilité durable pour un avenir plus propre et décarboné. Alors, quel est concrètement son fonctionnement et quelles sont les avantages de son utilisation au quotidien ?
Comment fonctionne une pile à combustible ?
Le fonctionnement d’une pile à combustible est assez simple : il repose sur une réaction électrochimique nommée oxydoréduction. La PAC est composée de deux électrodes : une anode oxydante qui émet des électrons et une cathode réductrice qui collecte des électrons. Ces deux sont séparées d’un électrolyte central par des catalyseurs. L’électrolyte peut être liquide ou solide, son objectif étant de faciliter le passage des ions.
Dans le cas d’une pile à hydrogène, l’hydrogène est transformé en électricité. Au sein de l’anode, l’hydrogène est décomposé en électrons et en ions hydrogène, sous l’effet d’un catalyseur. Les ions hydrogène traversent l’électrolyte vers la cathode, tandis que les électrons passent par un circuit électrique, créant ainsi l’énergie électrique qui alimente le moteur électrique et la batterie. Au sein de la cathode, l’oxygène de l’air et les électrons provenant du circuit électrique se recombinent sous l’effet du catalyseur, pour créer des ions oxygène. Lorsque ces derniers rencontrent les ions hydrogène provenant de l’électrolyte, ils forment des molécules d’eau, unique rejet de la pile à combustible. Installée dans une voiture, la pile à combustible génère ainsi un courant électrique qui alimente le moteur ou recharge la batterie, tout comme sur un véhicule électrique.
Voiture à hydrogène versus voiture électrique : quelle différence ?
Une voiture à « pile à combustible à hydrogène » fait partie de la famille des voitures électriques, mais elle utilise une source d’énergie particulière qui est l’hydrogène. Grâce à une réaction chimique simple entre l’oxygène et l’hydrogène, la pile à combustible alimente en électricité le moteur ou recharge la batterie.
Mais quelle est la différence entre une voiture à hydrogène et une voiture électrique classique ? Dans le cas d’un véhicule électrique à batterie lithium-ion, l’énergie électrique est « simplement » stockée dans la batterie grâce à chaque recharge sur le réseau électrique. C’est là que réside la différence avec le véhicule à hydrogène. L’électricité nécessaire au fonctionnement du groupe motopropulseur y est apportée par la pile à combustible, à partir de l’hydrogène stocké à bord. Elle alimente une batterie qui alimente à son tour le moteur électrique. La plupart des véhicules à hydrogène proposés actuellement par les constructeurs automobiles reposent sur ce principe, qui offre une excellente vitesse de charge et à une plus grande autonomie grâce à la pile à combustible.
Concernant la recharge en hydrogène, l’opération s’effectue dans des stations dédiées, grâce à des pompes capables d’injecter très rapidement de l’hydrogène, sous forme de gaz sous pression, à l’intérieur du réservoir.
L’hydrogène vert : qu’est-ce que c’est ?
L’hydrogène est l’une des solutions technologiques permettant de faciliter l’usage des véhicules électriques. Pour que la mobilité soit durable, l’hydrogène doit être « vert », c’est-à-dire produit par l’électrolyse de l’eau. Si l’électricité nécessaire à cette électrolyse est issue d’une source d’énergie durable comme le photovoltaïque ou l’éolien, l’hydrogène produit est bas carbone.
Avantages d’une voiture à pile à combustible à hydrogène
Les avantages d’une voiture à pile à combustible à hydrogène sont multiples. Elle assure une conduite sans contrainte et conserve tous les bienfaits de la conduite électrique : accélération instantanée, silence de roulement, absence de vibration, l’accès aux zones à faible émission de certains centres-villes. Complémentaire à l’offre 100 % électrique, la technologie à hydrogène présente l’avantage de combiner des temps de recharge en énergie réduits et une empreinte carbone neutre à l’échappement. De longs trajets peuvent ainsi être effectués à l’aide de pleins rapides d’hydrogène, en 3 à 5 minutes, et se présente comme une alternative attractive à la motorisation électrique pure.
Renault Group et la pile à hydrogène
Renault Group bénéficie de plus d’une décennie d’expérience dans la conception, la fabrication, la vente et l’après-vente de véhicules électriques. Pour développer encore davantage la mobilité, il se tourne vers des technologies innovantes, comme la pile à combustible à hydrogène. Cette technologie n’est pas totalement nouvelle pour Renault. Déjà utilisée en 2014 pour équiper, pour la première fois, un véhicule de sa gamme utilitaire, Renault Kangoo électrique Hydrogen, elle revient sur la scène en 2021, avec HYVIA, la co-entreprise détenue à parité égale par Renault Group et Plug, dédiée à la mobilité hydrogène.
HYVIA propose aujourd’hui trois modèles de véhicules utilitaires à pile à combustibles à hydrogène pour assurer aux professionnels une mobilité décarbonée sans impacter leur activité : Master Van H2-TECH, Master Châssis Cabine H2-TECH et Master City Bus H2-TECH. La pile à combustible installée sur ces trois modèles est utilisée comme un prolongateur d’autonomie (« range extender ») lorsque la batterie -rechargeable classiquement par ailleurs - est partiellement déchargée. Cette technologie permet d’augmenter l’autonomie et répondre aux besoins des clients de véhicules utilitaires qui recherchent une grande autonomie, une charge rapide et une mobilité à zéro émission.
Pour proposer un écosystème hydrogène complet et unique, HYVIA a inauguré son usine à Flins, afin d’assembler, en France, les piles à combustibles, les stations de recharge H2 et de produire d’hydrogène bas carbone.
Mais Renault explore aussi la possibilité d’implémenter cette technologie sur les véhicules des particuliers, une fois ce jalon accompli sur les véhicules utilitaires, afin de capitaliser sur les réseaux hydrogène qui auront été développés. En 2022, Renault a dévoilé en effet pour la première fois un concept-car dédié aux particuliers, Renault Scénic Vision, qui embarque une motorisation hydride unique, à la fois électrique et hydrogène. Cette technologie combine ainsi les avantages des piles à combustible avec ceux des batteries électriques dans un véhicule électrique à pile à combustible à hydrogène (FCEV).
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