Qu'est-ce qu’une voiture à hydrogène ?
La pile à combustible à hydrogène est une technologie assez ancienne, puisque ses premières applications remontent à 1804. À cette époque, le Suisse François Isaac-de-Rivaz construit la première pile utilisant ce qu’on appelait alors du « gaz de houille », et qui peut être considéré comme l’ancêtre de l’hydrogène utilisé aujourd’hui.
Une voiture à hydrogène moderne est une voiture électrique. La différence avec une voiture électrique à batterie (lithium-ion par exemple) est que l’électricité est ici produite par un générateur qui utilise du dihydrogène (H2). Ce système, appelé « pile à combustible », tire parti de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène pour produire de l’électricité et l’envoyer vers le moteur. La voiture à hydrogène doit donc être équipée d’un réservoir à gaz pressurisé et sécurisé.
Comment fonctionne une pile à combustible ?
La pile à combustible d’une voiture à hydrogène est un élément assez complexe qui fait office de générateur électrochimique.
Au sein de la pile, l’hydrogène arrivant du réservoir se recombine avec l’oxygène provenant d’une admission d’air, ce qui génère de l’électricité pour alimenter le moteur. Cette réaction chimique ne rejette que de la vapeur d’eau. L’absence d’émissions néfastes pour l’environnement et la santé au roulage fait donc du véhicule à hydrogène une solution tout aussi intéressante que le véhicule électrique « classique »*.
La recharge de la voiture à hydrogène
Faire le plein d’hydrogène est aussi facile et rapide que faire un plein d’essence. Il suffit de raccorder le pistolet de la station-service hydrogène au véhicule, d’enclencher la pompe, et de patienter quelques minutes. Quelques kilos d’hydrogène suffisent à alimenter la pile à hydrogène, pour parcourir plusieurs centaines de kilomètres. Les infrastructures de ravitaillement publiques étant cependant encore peu nombreuses en France et en Europe, la plupart des voitures à pile à combustible font partie de flottes d’entreprises qui disposent de leurs propres stations d’hydrogène. Fort de ce constat, Renault propose Kangoo Z.E. Hydrogen et Master Z.E. Hydrogen, en plus de leurs versions électriques classiques.
D’où provient l’hydrogène ?
L’hydrogène est présent en grande quantité à l’état naturel. Aujourd’hui sa consommation est limitée à quelques secteurs industriels à haute valeur ajoutée (métallurgie, raffinage, textile, verre, électronique…). En tant que carburant, il est utilisé dans la propulsion de fusées spatiales, car sa performance énergétique est très élevée (un kilo de dihydrogène contient trois fois plus d’énergie qu’un kilo d’essence).
Cependant sa consommation totale restant faible, peu d’investissements ont été réalisés pour sa production. Il est aujourd’hui produit par « vaporeformage » de charbon ou de pétrole. Une filière d’hydrogène vert est également en phase de développement. Elle repose sur les énergies renouvelables comme l’électrolyse de l’eau à partir d’électricité éolienne ou photovoltaïque, … ou également l’énergie nucléaire.
Voiture à hydrogène vs voiture électrique : quelles différences ?
Si la voiture à hydrogène est avant tout une voiture électrique, elle présente des différences fondamentales avec les véhicules électriques plus classiques. La source d’alimentation du moteur n’est pas la même : les voitures électriques traditionnelles utilisent une batterie, qui doit être rechargée par branchement, pour fournir l’énergie au moteur électrique ; la voiture à hydrogène utilise une pile à combustible pour produire l’électricité nécessaire. Mais il est possible de combiner les deux solutions. C’est l’option choisie par Renault avec ses Kangoo Z.E. Hydrogène et Master Z.E. Hydrogène : ils restent alimentés par la batterie, et la pile à hydrogène permet de recharger la batterie en roulant. Le rayon d’action en est ainsi élargi.
Avantages de la pile à hydrogène par rapport à une voiture électrique
Le premier avantage d’une voiture électrique à pile à combustible par rapport à un véhicule électrique à batterie réside dans l’autonomie et la vitesse de recharge en station d’hydrogène. Les quelques voitures à hydrogène sur le marché procurent jusqu’à trois fois plus d’autonomie, que les véhicules électriques, avec 350 à 600 kilomètres d’autonomie par « plein » de gaz, quand une voiture électrique équivalente propose 120 à 400 kilomètres avec une batterie complètement chargée.
Son second atout est la vitesse de recharge. La voiture à hydrogène est particulièrement indiquée pour gagner en temps de recharge sur les longs trajets grâce à la rapidité de son approvisionnement en hydrogène : 5 à 10 minutes suffisent à faire le plein d’hydrogène en station, alors qu’une charge de batterie à 80 % demande un arrêt d’au moins une demi-heure.
Inconvénients de la pile à hydrogène par rapport à une voiture électrique
Alors que les bornes de charge électriques, notamment à forte puissance, se densifient sur le territoire européen, les stations d’hydrogène restent, elles, assez rares. Même si le réseau s’étoffe chaque année, il existe à l’heure actuelle moins de 200 stations-services hydrogène en Europe. En France, seule une quarantaine de stations sont répertoriées, et une centaine de projets de construction existent, tandis que l’Allemagne compte 87 stations et le Royaume-Uni moins de 20. Leader mondial, le Japon recensait 114 stations d’hydrogène fin 2019.
De plus, la technologie complexe de la pile à hydrogène rend une voiture à hydrogène environ 50 % plus chère qu’une voiture électrique équivalente.
Quel avenir pour la voiture à hydrogène
La voiture à hydrogène intéresse la plupart des constructeurs automobiles du fait de ses atouts évidents. Fiables, propres à l’usage*, et proposant une large autonomie, les véhicules ayant recours à l’hydrogène sont donc appelées à se multiplier au cours de la prochaine décennie. Comme pour la voiture électrique « classique » et ses infrastructures de recharge qui se développent, la densification du maillage de stations à hydrogène constituera l’une des clés de son déploiement à grande échelle : une condition indispensable pour rendre cette technologie plus abordable qu’elle ne l’est actuellement.
Combien coûte une voiture à hydrogène à l’achat ?
Encore fabriquée en petites séries, une voiture à hydrogène reste aujourd’hui assez chère à l’achat. Les véhicules particuliers disponibles sur le marché avoisinent les 70 000 euros et plus. Le Renault Kangoo Z.E. Hydrogen, seul fourgon compact à pile à combustible commercialisé, est cependant disponible à partir de 48 300 euros hors taxe en France.
Quelles sont les primes à l’achat d’un véhicule à hydrogène ?
En France, les voitures et utilitaires légers fonctionnant à l’hydrogène profitent des mêmes primes de l’Etat que les voitures électriques à batterie. Le bonus écologique pour les particuliers peut donc atteindre les 7 000 euros et 5 000 euros pour les professionnels. Un montant de 3 000 euros est également accordé au-delà du plafond de 60 000 euros imposé aux autres véhicules électriques.
À ce bonus écologique s’ajoute la prime à la conversion pour la destruction d’un véhicule ancien polluant qui peut atteindre10 000 euros sous certaines conditions. Plusieurs initiatives régionales et locales, offrent des primes supplémentaires dont le montant peut atteindre 12 000 euros !
En Allemagne en 2020, les acheteurs d’une voiture électrique peuvent profiter d’une réduction de 50 % de la TVA et d’une prime à la casse d’un montant maximal de 6 000 euros. Au Royaume-Uni, la prime atteint les 6 720 euros. L’Italie, l’Espagne et d’autres pays européens devraient également leur emboîter le pas cet été.
Pour en savoir plus, retrouvez la conférence dédiée aux véhicules à hydrogène, lors des Renault eWays 2020.
* ni émissions CO2 ni polluants atmosphériques réglementés lors de la conduite, conformément au cycle d’homologation WLTP, hors pièces d’usure.
Copyrights : Anthony Bernier
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